Nghiên cứu tính chất đồng phối trộn bùn thải sinh học với phế phẩm nông nghiệp tăng hiệu quả thu khí sinh học

Công ty hoa chat xu ly nuoc thai Đoàn Gia Phát Nghiên cứu tính chất đồng phối trộn bùn thải sinh học với phế phẩm nông nghiệp tăng hiệu quả thu khí sinh học. Và tư vấn dịch vụ làm bao cao giam sat moi truong

• Đánh giá thực trạng môi trường làng nghề gốm sứ tỉnh bình dương
• bao cao giam sat moi truong dinh ky

Bùn xử lí nƣớc thải phát sinh sau quá trình xử lí nƣớc chứa thành phần hữu cơ của sinh khối trong hệ thống xử lí vẫn có thể tiếp tục tái thu năng lƣợng qua quá trình ủ kị khí. Nghiên cứu chỉ ra những ảnh hƣởng từ thành phần hữu cơ và cấp phối cho nguyên liệu phối trộn tạo hiệu quả phân hủy kị khí, kết quả này có thể đƣợc sử dụng nhƣ tính kĩ thuật làm tăng quá trình xử lí bùn bằng phƣơng pháp kị khí. Bùn xử lí nƣớc thải đƣợc thu thập tại nhà máy xử lí nƣớc tập trung trong thành phố, với tính chất ban đầu đánh giá là hạn chế cho việc xử lí bằng quá trình sinh học kị khí, tuy nhiên áp dụng quy trình đồng phối trộn các loại vật liệu đã đƣợc xử lí kích thƣớc nhỏ (trấu nghiền, mùn xơ dừa) làm vật liệu độn đã đem tới những hiệu quả hơn về khả năng phân hủy, sinh khí metan, chất lƣợng bùn thành phẩm. Chất thải bùn và chất thải nông nghiệp phối trộn đƣợc lựa chọn với độ phổ biến và giá thành rẻ là hạt trấu, mùn sơ dừa ở Việt Nam đã đƣợc tận dụng hiệu quả hơn thải bỏ. Những tính chất thu đƣợc từ mẫu phối trộn trấu xay (<  2 mm) cấp phối MD (2:0,5) ủ điều kiện chịu nhiệt với trọng lƣợng riêng là 615 kg/m3 đã có mức độ sinh khí sinh học 93,95 ml/g VS, tăng  54,5 % so với mẫu bùn nguyên, việc áp dụng công nghệ cải thiện khí sinh học thuận lợi cho những đề xuất xử lí bùn thải cùng việc thu khí sinh học trong tƣơng lai. 

Nhà máy xử lí nƣớc thải (XLNT) tập trung Bình Hƣng tại TP.HCM (2013) xử lí khoảng 5 % trong 1,13 triệu m3/ngày, với lƣợng nƣớc thải đã đƣợc xử lí này, mỗi ngày sẽ phát sinh khoảng 35 tấn bùn khô và 5 tấn bùn lỏng [1]. Theo quy hoạch hệ thống thoát nƣớc thải đến năm 2025 [2] sẽ hoàn thiện 12 nhà máy, do đó lƣợng bùn XLNT đô thị trong tƣơng lai có thể lên đến 200 tấn bùn/ngày. Hiện nay bùn thải đƣợc sử dụng công nghệ hiếu khí làm phân compost, tuy nhiên công nghệ này chƣa hoàn thiện, sản phẩm sau xử lí lại đƣợc đem đi chôn lấp tại bãi rác.

Việc xử lí bùn nƣớc thải đô thị tại các nƣớc phát triển thƣờng đƣợc áp dụng với công nghệ xử lí sinh học kị khí trƣớc khi làm compost. Đây là công nghệ có thể giúp thu hồi lƣợng năng lƣợng từ bùn thải, cũng nhƣ giảm thiểu chất thải gây ô nhiễm môi trƣờng [3]. Theo Komatsu và cộng sự (2012), các vật liệu thuộc nhóm lignocellulose nhƣ vỏ trấu, rơm rạ có chứa cellulose, hemi – cellulose và ligin. Lignocellulose rất khó phân hủy bằng các quá trình phân hủy yếm khí thông thƣờng. Các phƣơng pháp tiền xử lí nhƣ giảm kích thƣớc cơ học, phân hủy hóa học, phân hủy bằng enzym có thể giúp cải thiện hiệu quả [4].  Ngoài ra theo James I. Chang (2010) khối lƣợng riêng của nguyên liệu có ảnh hƣởng tới quá trình phân hủy kị khí [5]. Bên cạnh đó các nghiên cứu Ward và cộng sự (2008) đã chỉ ra rằng ủ chịu nhiệt 30 ˚C–45 ˚C là tốt nhất cho đa số vi khuẩn kị khí [6]. Nghiên cứu Briski và cộng sự (2007), Ward và cộng sự (2008) cũng cho thấy ủ ƣa nhiệt 50 ˚C – 55 ˚C cũng có nhiều cơ hội làm các chất ô nhiễm hữu cơ sẽ phân hủy nhanh hơn với sự tăng trƣởng tốt của nhóm vi khuẩn Thermophilic Methanohalobium và Methanosarcina [6,7].  Bouallagui và cộng sự (2003)  đã báo cáo rằng tỉ lệ C/N tối ƣu cho phân hủy kị khí chất thải hữu cơ là 20 – 40  và việc sản sinh khí mêtan cao nhất đạt đƣợc ở giá trị độ ẩm 60 – 80 % [8].  Do vậy nghiên cứu với mục đích là lựa chọn đánh giá tính chất nguyên liệu vật liệu phối trộn địa phƣơng nhƣ vỏ trấu, mùn xơ dừa để tăng khả năng phân hủy bùn thải  và hồi thu khí sinh học. 

2.1.1 Bùn xử lí nước thải (XLNT) đô thị  Bùn XLNT đô thị đƣợc lấy từ nhà máy XLNT đô thị đang hoạt động ổn định tại Tp.HCM. Mẫu bùn đƣợc lấy từ máy tách nƣớc li tâm (thành phần bùn tại vị trí này bao gồm: bùn sơ cấp sau xử lí bậc 1 và bùn thứ cấp sau xử lí bậc 2).  Tính chất kĩ thuật bùn có tỉ lệ C/N là từ 6 đến 13, sau khi ép nƣớc có độ ẩm 80 % trở lên và có khối lƣợng riêng là 800 kg/m3. 2.1.2 Vật liệu phối trộn  Các vật liệu phối trộn bao gồm mùn xơ dừa và vỏ trấu với các tính chất C/N là từ 60 đến 80.  Kích cỡ phối trộn mùn sơ dừa (A) < 1 mm, vỏ trấu (B, C, D, E) có 4 kích cỡ giảm dần từ trấu nguyên 4 mm, các kích thƣớc trấu nghiền 3, 2, 1 mm. Kí hiệu mẫu tƣơng ứng, tỉ lệ phối trộn, khối lƣợng riêng, tỉ lệ C/N và điều kiện ủ nhiệt đƣợc thể hiện trong Bảng 1. 

Kết quả thể hiện Hình 1(a) cho thấy điều kiện ƣa nhiệt không thích hợp cho bùn ủ độc lập (T - control) và mẫu phối trộn trấu nguyên (TB (2:1)), thời gian ủ chấm dứt sớm và lƣợng khí sinh ra rất ít. Khi đồng phối trộn với mùn xơ dừa thì hiệu quả đƣợc cải thiện với mẫu TA (2:1) đạt 22,31 ml/gVS và kéo dài tới ngày thứ 30. Ngƣợc lại khi thực hiện điều kiện ủ chịu nhiệt (Hình 1b), tất cả các mẫu có thời gian sinh khí kéo dài tới khoảng 60 ngày, M_control và MB (2:1) lƣợng khí sinh ra vƣợt trội,  và mẫu MA (2:1) đạt lƣợng khí tối đa 70 ml/gVS. Kết quả cũng thể hiện việc bổ sung thành phần phối trộn trong điều kiện ủ chịu nhiệt có tính chất nhƣ mùn sơ dừa cho hiệu quả tốt nhất do cải thiện tính chất thông thoáng, tuy vậy vật liệu này có giá thành cao, tỉ lệ phối trộn lớn. 3.1.2.  Kết quả các mẫu trấu sử dụng cấp phối 2:0,5 (C/N≈20) điều kiện ưa và chịu  nhiệt Các mẫu trấu nguyên TB và MB đƣợc đánh giá với tỉ lệ giảm phối trộn là 2:0,5, tỉ lệ C/N tƣơng ứng là 20 (Hình 2 (a) và 2(b)). Kết quả với ủ ƣa nhiệt cho mẫu TB (hình 2 (a)) không tạo đƣợc hiệu quả sinh khí, nhƣng khi so sánh ủ chịu nhiệt kết quả với mẫu MB (2:0,5) (hình 2(b)) cải thiện rõ rệt, hiệu quả đạt 76 ml/gVS khi so với MB (2:1) đã tăng đƣợc 38,2 %. Điều này trái ngƣợc với dự đoán, khi C/N giảm xuống 20 vẫn cho hiệu quả hơn C/N là 30 chứng tỏ rằng chỉ số C/N không phải là yếu tố quyết định duy nhất, ở đây với cùng một loại vật liệu là vỏ trấu phối trộn cho khối lƣợng riêng mẫu MB (2:0,5) là 320 kg/m3 đã có hiệu quả cao hơn hẳn MB (2:1) với khối lƣợng riêng là 200 kg/m3. Với hiệu quả sinh khí của mẫu ủ mùn sơ dừa MA(2:1) là 72 ml/gVS và ủ trấu MB (2:0,5) là 76 ml/g VS tƣơng đƣơng nhau nhƣng dạng đồ thị đƣờng thẳng cho thấy  mẫu MB (2:0,5) vẫn chƣa thấy giai đoạn kết thúc còn khả năng sinh khí nhiều, Vì thế, cần nghiên cứu các bƣớc tiếp đánh giá hiệu quả phân hủy cơ chất với vật liệu có kích thƣớc nhỏ hơn khi nghiền trấu. 

Các mẫu bùn đƣợc ủ độc lập (M_control), bùn ủ với mùn xơ dừa theo cấp phối 2:1 ở điều kiện chịu nhiệt MA (2:1), bùn đƣợc ủ trấu nghiền cấp phối 2:0,5 ở điều kiện chịu nhiệt MD (2:0,5) là những mẫu đặc trƣng cho ba kiểu phối trộn vật liệu khác nhau của nghiên cứu, thể hiện các đặc tính kĩ thuật trong Bảng 2.  Đánh giá đặc tính giảm %VS, và tỉ lệ giảm khối lƣợng thì mẫu MD (2:0,5) có tỉ lệ giảm lớn nhất là 35 %. Theo ghi nhận nghiên cứu này cũng gần với kết quả của Sigrid (2009), Li (2010) khi phối trộn phụ phẩm rơm với phân thải chăn nuôi bò có thể giảm đƣợc 41 - 49 %VS [10,11] .  Đặc tính khí sinh học của các mẫu ủ chịu nhiệt này có tỉ lệ CH4 ổn định trong khoảng 60-80 %. Bảng 2. Đặc tính kĩ thuật của các mẫu M_control, MA(2:1) và MD(2:0,5) trƣớc và sau  khi ủ. Tính chất M_control MA(2:1) MD (2:0,5) C/N 10 30 20 Khối lƣợng riêng  800(kg/m3) 450 (kg/m3) 615 (kg/m3) Độ ẩm  70 % 70 % 70 %  Trƣớc ủ Sau ủ Trƣớc ủ Sau ủ Trƣớc ủ Sau ủ VS (%) 64 55 57,33 29 67,33 35 Thể tích giảm (%)  8  11,6  10,5 Khối lƣợng giảm (%)  20  27  35 Hình thái sản phẩm Đặc quánh hơi lỏng, khi bị nén lại giảm thể tích khá nhiều Rời rạc hoàn toàn và không nén đƣợc Bị cô đặc lại Mùi đặc trƣng  Mùi bùn tƣơi Mùi kị khí Mùi kị khí 4. KẾT LUẬN Bùn XLNT của nhà máy Bình Hƣng có tính chất không phù hợp cho việc xử lí bằng quá trình sinh học kị khí, tuy nhiên nếu áp dụng quy trình ủ kị khí với các loại vật liệu đã đƣợc xử lí về những kích thƣớc nhỏ (trấu nghiền) làm vật liệu độn đã đem tới những hiệu quả rất cao về khả năng phân hủy, chất lƣợng bùn thành phẩm. Với độ phổ biến và giá thành rẻ của hạt trấu ở Việt Nam, những tính chất phối trộn của mẫu MD (2 : 0,5) mà nghiên cứu đã xác định hoàn toàn có thể đƣợc áp dụng cho một dự án xử lí bùn nƣớc thải đô thị mà thành phố Hồ Chí Minh đang rất cần. Tỉ lệ bùn thải phối trộn với trấu xay (< 2 mm) 2 : 0,5 là điều kiện cơ chất tốt nhất cho ủ kị khí chịu nhiệt, bùn phối trộn có khối lƣợng riêng 615 kg/m3, chỉ số C/N bằng 20, khả năng sinh khí sinh học 93,9 ml/gVS tƣơng đƣơng 24 m3/tấn/ngày bùn. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy những yếu tố tác động khác nhau đến quá trình ủ kị khí bùn với vật liệu phối trộn nhƣ khối lƣợng riêng, kích thƣớc mẫu, tỉ lệ C/N. Các yếu tố này tác động đồng thời, và ảnh hƣởng qua lại lẫn nhau tới hiệu quả của quá trình phân hủy kị khí.