BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
NGHIÊM VÂN KHANH

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN
HỮU CƠ BẰNG CÔNG NGHỆ Ủ SINH HỌC CẤP KHÍ
TỰ NHIÊN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường chất thải rắn
Mã số: 62.85.06.10

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội – Năm 2012

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng

dựng, số 1/2007, tr79-tr85.
2. Nghiêm Vân Khanh và nnk “Nghiên cứu thu hồi các chất dinh
dưỡng từ rác thải sinh hoạt phục vụ cho cây trồng”, Tạp chí Xây
dựng – Bộ Xây D
ựng, số 2/2010, tr82-tr83
3. Nghiêm Vân Khanh và nnk “Nghiên cứu chế độ đảo trộn trong ủ
sinh học chất thải hữu cơ cấp khí tự nhiên trên mô hình thực
nghiệm”, Tạp chí Xây dựng– Bộ Xây Dựng, số 12/2011, tr70-73
4. Nghiêm Vân Khanh và nnk, “Nghiên cứu đề xuất tiêu chí lựa
chọn công nghệ ủ sinh học phù hợp để xử lý chất thải rắn sinh
hoạt cho các đô thị loại 2 trong điều kiện Việt nam”, Tạp chí
Xây dựng – Bộ Xây Dựng, số 02/2012, tr49-tr52
5. Nghiêm Vân Khanh, Công nghệ ủ sinh học chất thải hữu cơ cấp
khí tự nhiên – Thực trạng và cơ hội nhân rộng trong thực tiễn ở
Việt nam, Tạp chí Người Xây Dựng, số 04/2012, tr30-tr34
6. Nghiêm Vân Khanh, Nghiên cứu động học quá trình xử lý chất
thải rắn hữu cơ bằng công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong
điều kiện thực nghiệ
m ở Việt Nam, Tạp chí Xây dựng và đô thị,
số 04/2012
7. Nguyễn Thị Kim Thái, Nghiêm Vân Khanh, Đề tài nghiên cứu
khoa học và công nghệ Cấp Bộ, mã số B2009-03-69 TĐ
“Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch quản lý chất thải rắn
cho các đô thị loại 2 đến 2010 và định hướng đến 2020”.
8. Nghiêm Vân Khanh và Nguyễn Thị Kim Thái, báo báo tại hội
thảo quốc tế: 10
th
Expert Meeting on Solid Waste Management
in Asia and Pacific Islands, 20-22 February 2012, Tottori, Japan
- Topic: Workshop on Marine Debris “Solid Waste Management

quan tâm nghiên cứu và đã có một số ứng dụng, thử nghiệm ở quy mô
vừa và nhỏ. Tuy nhiên, vấn đề kiểm soát các thông số trong quá trình
vận hành như chế độ oxy bổ sung, nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ phân hủy
các chất theo thời gian… chưa thực sự được nghiên cứu để chi phí vận
hành là nhỏ nhất mà chất lượng s
ản phẩm thu được vẫn đạt các yêu
cầu quy định theo tiêu chuẩn hiện hành.
Đề tài luận án “Nghiên cứu quá trình xử lý chất thải rắn hữu cơ
bằng công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong điều kiện Việt
Nam” là rất cần thiết, để đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường, phù hợp
với định hướng chiến lược phát triển trong tương lai về việ
c lựa chọn
giải pháp công nghệ xử lý cho các đô thị vừa và nhỏ của Việt nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu tính hiệu quả và khả thi của công nghệ xử lý CTRHC
phù hợp với điều kiện phát triển phát triển kinh tế - xã hội của các đô
thị vừa và nhỏ đồng thời đáp ứng được các yêu cầu về bảo vệ môi
trường và phát tri
ển bền vững trong điều kiện Việt Nam.
Mục tiêu cụ thể:
2

- Bằng thực nghiệm, làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các yếu tố đầu
vào (thành phần, kích thước nguyên liệu ủ; Tỷ lệ và loại chế phẩm
bổ sung) và các yếu tố trong quá trình vận hành (Chế độ đảo trộn,
bổ sung độ sụt theo môi trường bên ngoài (nhiệt độ, độ ẩm của môi
trường vào mùa đông và mùa hè ở Việt Nam) với hiệu quả của quá
trình ủ sinh học cấ
p khí tự nhiên.
- Xác định và đề xuất các thông số kỹ thuật nhằm tối ưu hóa công

tự nhiên (22 trang), Chương 4. Kết quả nghiên cứu, xác định chế độ
đảo trộn, bổ sung độ s
ụt và thảo luận (33 trang), Chương 5. Thiết lập
cân bằng vật chất, phân tích động học, đánh giá hiệu quả xử lý và khả
năng ứng dụng thực tiễn của công nghệ ủ sinh học CTRHC cấp khí tự
nhiên (26 trang), kết luận và kiến nghị (4 trang), tài liệu tham khảo,
3

các công trình nghiên cứu đã công bố (6 trang), phụ lục (102 trang).
Luận án có 83 bảng (32 bảng phần chính văn và 51 bảng phần phụ
lục) và 51 hình vẽ (47 hình phần chính văn và 4 hình phần phụ lục).
6. Ý nghĩa khoa học, tính mới và thực tiễn của luận án
6.1. Ý nghĩa khoa học
• Những đóng góp khoa học mới của luận án về mặt lý thuyết:
- Xác định độ xốp của nguyên liệu
ủ, độ thoáng khí (FAS), nồng độ
oxy ban đầu theo cấu trúc nguyên liệu ủ nạp vào hệ thống;
- Xác định nồng độ oxy được bổ sung hàng ngày vào ngăn ủ khi
thực hiện các chế độ đảo trộn khác nhau trong quá trình ủ.
- Xác định tổng nồng độ oxy thực tế trong ngăn ủ và so với nồng độ
oxy yêu cầu về mặt lý thuyết.
• Những đóng góp khoa học mới củ
a luận án về mặt thực nghiệm:
- Xây dựng mối quan hệ giữa lượng nước rác phát sinh (y, lít) theo
thời gian (x, ngày) theo phương trình y=0,0059x
2
–0,3779x+5,6423
- Xác định các phương trình và hằng số thực nghiệm mô tả động học
của quá trình ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên:
+ Hàm số thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa độ thoáng khí FAS


luống ủ tại NM chế biến phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt tỉnh Hà
Nam, đề xuất các vấn đề cần cải tạo nâng cấp và bổ sung trong thiết
kế, quản lý vận hành khi ứng dụng công nghệ. Kết quả nghiên cứu của
luận án đáp ứng nhu cầu cấp thiết hiện nay về công nghệ xử lý
CTRHC phù hợp với từng vùng miền, đặc biệt ở quy mô v
ừa và nhỏ.
Công nghệ ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên bằng đảo trộn được
chứng minh là công nghệ đơn giản, dễ vận hành. Nếu kiểm soát tốt
các yếu tố đầu vào, vận hành đúng kỹ thuật sẽ mất thời gian ủ ngắn
hơn, sản phẩm thu được có giá trị dinh dưỡng cao hơn so với công
nghệ ủ cấp khí cưỡng bức, phù hợp với đi
ều kiện Việt nam.
Kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn tài liệu tham khảo, giúp
các nhà nghiên cứu, quản lý CTR có hướng điều chỉnh, tối ưu hóa
trong công nghệ xử lý CTR phù hợp với điều kiện Việt nam. Cụ thể:
- Nguồn nguyên liệu: các loại rác hữu cơ sinh hoạt có thành phần đa
dạng, độ ẩm 52,4-57,5%, pH 6,6–7,1 và tỷ lệ C/N 27,22/1-30,34/1.
- Chế phẩm vi sinh bổ sung: lự
a chọn chế phẩm EM để giảm thời
gian ủ còn 28 ngày và giảm tối đa mùi trong quá trình ủ.
- Nồng độ oxy trong ngăn ủ khi bổ sung độ sụt 1 ngày/lần trong 2
tuần đầu từ 7,16 – 10,21% (mô hình trong phòng thí nghiệm) và
5,16 – 11,55% (mô hình ngoài trời có mái che).
- Tổng nồng độ oxy trong hệ thống ủ thay đổi theo tần suất đảo trộn
và điều kiện môi trường bên ngoài: nồng độ oxy trong 28 ngày ủ
từ 5,261 – 19,735% (mô hình trong phòng thí nghiệ
m, vào mùa hè,
đảo trộn 0,5 ngày/lần); từ 5,774 – 16,802% (mô hình ngoài trời,
vào mùa đông, đảo trộn 0,5 ngày/lần); từ 5,337 – 14,163% hoặc

u cơ từ rác thải
sinh hoạt tỉnh Hà Nam, NM phân hữu cơ Long Mỹ - Quy Nhơn; NM
xử lý rác thải Củ Chi, Hooc Môn - TP. Hồ Chí Minh), 4 NM quy mô
công nghiệp, công nghệ trong nước, xử lý tổng hợp (NM xử lý rác thải
sinh hoạt Sơn Tây, NM Xử lý rác thải Thuỷ Phương-Huế, NM xử lý
rác thải Đông Vinh-Nghệ An, NM Xử lý rác thải Nam Thành-Ninh
Thuận); 2 NM quy mô nhỏ (Trang trại Xuân Thọ, Organik-Đà Lạt,
Công ty TNHH Thủy lực Máy KCN Đồng Văn-Hà Nam). Về đặc
đ
iểm loại hình công nghệ tại các NM chế biến CTRHC gồm 7 NM ủ
cấp khí cưỡng bức, 3 NM ủ đống cấp khí cưỡng bức kết hợp đảo trộn
và 4 NM ủ luống đảo trộn tự nhiên; trong đó có 3 NM ủ phối trộn với
phân bùn tự hoại để thu hồi chất dinh dưỡng, 1 NM ủ phối trộn với
các thành phần bã mùn để tăng độ xốp và giảm ẩm, 10 NM chỉ s
ử
dụng nguyên liệu ủ là rác hữu cơ sinh hoạt; 10 NM sử dụng chế phẩm
EM, 2 NM sử dụng cả EM, enchoice, Biomix, 1 NM sử dụng VTCC-
L, VTCC-S và VTCC-F và 1 NM không sử dụng chế phẩm bổ sung.
1.3. Đánh giá hiệu quả của các công nghệ ủ sinh học CTRHC tại
một số đô thị ở việt nam
Kết quả đánh giá theo 5 nhóm tiêu chí (kỹ thuật, kinh tế, tính
thuận tiện của công nghệ, tính phù hợp với
điều kiện đô thị Việt Nam,
an toàn và môi trường) như sau: hầu hết các NM đều tốn năng lượng
cấp khí trong quá trình ủ, quy trình công nghệ, thiết bị chưa đồng bộ
và đang hoàn thiện do kinh phí hạn hẹp; vừa nghiên cứu vừa chế tạo,
lắp ráp hoặc phải nhập ngoại, chi phí bảo trì lớn. Vai trò của các
chủng vi sinh vật (VSV) thích hợp và các yếu tố môi trường ảnh
hưởng đế
n hoạt động của VSV chưa được nghiên cứu để đạt hiệu quả

2.2. Các yế
u tố ảnh hưởng tới quá trình phân hủy hiếu khí chất
thải rắn hữu cơ
2.2.1. Các yếu tố đầu vào của công nghệ
Các yếu tố đầu vào của công nghệ ảnh hưởng tới quá trình phân
hủy hiếu khí CTRHC gồm: thành phần, kích thước vật liệu ủ; tỷ lệ
C/N, P, K, chất hữu cơ; VSV; Kích thước và hình dáng hệ thống ủ;
Độ xốp, độ thoáng khí và lượng oxy ban đầu trong nguyên liệu ủ
.
Xác định độ xốp theo
Roger T.Haug [48, tr
212-216]
Tổng thể tích của hỗn
hợp ủ:
V
t
= V
s
+ V
v

= V
s
+V
w
+V
g
(2.1)
Trong đó:
V

S
V
V
V
t
Phần lỗ rỗng
trong ngăn ủ

7

V
v
: thể tích lỗ rỗng: V
v
=V
w
+V
g
; V
w
, V
g
: thể tích nước, khí chứa trong
lỗ rỗng.
Độ xốp của hỗn hợp vật liệu ủ: n = V
v
/V
t
= (V
t

trộn (cấp khí tự nhiên) theo Roger T. Haug [48, tr 281-284]
Sự chênh lệch giữa mật độ không khí bên trong và ngoài hệ thống
ủ tạo ra áp lực thông gió tự nhiên của ngăn ủ (hình 2.10). Nồng độ oxy
được bổ sung vào ngăn ủ thông qua quá trình đảo trộn định kỳ được
xác định bởi lượng không khí yêu cầu để giảm độ ẩm trong ngăn ủ.
1) Lượng nước bốc hơi hàng ngày qua ngăn ủ:
W = [(1-S
s
)/S
s
]-[(1-V
s
)/(1-V
p
)][(1-S
p
)/S
p
] (2.12)
Trong đó:
W: Lượng nước bốc hơi hàng ngày qua ngăn ủ (g nước/g khối
lượng khô của nguyên liệu ủ)
S
s
, S
p
:

khối


ngoài môi trường đi
vào ngăn ủ (N
2
và O
2
)
Các khí nhẹ thoát ra khỏi
ngăn ủ (CO
2
)
Các khí nóng và
bão hòa tạo thành
từ các hoạt động
sinh h
ọ
c tron
g
n
g
ăn
Không khí lạnh bên
ngoài môi trường đi
vào ngăn ủ (N
2
và O
2
)
Ngăn ủ phân compost
8


Trong đó:
P
AIR
: áp suất khí quyển, P
AIR
= 760mmHg
3) Lượng ẩm được khử theo sự thoát khí thải từ ngăn ủ Δ (g nước/g
không khí khô trong ngăn ủ)
4) Khối lượng không khí bổ sung vào ngăn ủ yêu cầu K (g không khí
khô/g nguyên liệu ủ.
2.3. Hệ sinh thái ngăn ủ - vai trò của VSV trong các quá trình
phân giải và chuyển hóa sinh học tự nhiên CTRHC
Sự chuyển hóa vật chất trong chất thải chủ yếu do VSV. Các quá
trình này xảy ra liên tục, đan xen nhau rất phức tạp, bao gồm những
quá trình chuyển hóa carbon, nitơ, lưu huỳnh, phospho và sắt trong
chất thải dưới sự hoạt động của các vi khuẩn thuộc bộ rhodospirillales,
nấm, xạ khuẩn,
2.4. Các loại chế ph
ẩm vi sinh bổ sung trong quá trình ủ sinh học
CTRHC
Xuất phát từ thực tế quá trình ủ sinh học hiếu khí CTRHC thường
diễn ra khá lâu, vẫn có mùi tùy theo phương thức cấp khí khác nhau
và thiếu các chủng VSV có lợi cho đất cho thấy cần thiết phải bổ sung
chế phẩm vi sinh trong quá trình ủ sinh học CTRHC. Hiện nay, trên
thị trường Việt nam có rất nhiều loại chế phẩm vi sinh được sản xuất
và sử dụng như: VTCC (Trung tâm công nghệ sinh học –
ĐH Quốc
gia Hà nội), Biomix 1 (Viện Công nghệ Môi trường – Viện Khoa học
công nghệ VN), EMIC (Công ty cổ phẩn công nghệ vi sinh và MT),
SEMSR (TT Nghiên cứu Kỹ thuật & Quản lý MT - TP. HCM),

?
c

l
?

d
5
B2
K2-RC2
K10
B3
K3-RC3
K11
B4
K4-RC4
K12
B5
K5-RC5
K13
B6
K6-RC6
K14
B7
K7-RC7
K15
B8
K8-RC8
K16
RC9

?
c

l
?

d
5
?
n
g

t
u
?
i

d
?
c

l
?

d
5
?
n
g


d
5
?
n
g

t
u
?
i

d
?
c

l
?

d
5
?
n
g

t
u
?
i

d

3.2. Địa điểm, máy móc, thiết bị và kế hoạch thực nghiệm
- Mô hình được lắp đặt và thực hiện tại phòng CTR, Viện
KH&KTMT - Trường ĐHXD. Các mẫu được phân tích tại phòng
thí nghiệm trường ĐHXD và Trường đại học Bách khoa Hà Nội.
- Các máy móc, thiết bị được sử dụng với sự hợp tác giúp đỡ của
Viện KH&KTMT và Bộ môn Công nghệ và quản lý môi trường.
- Quá trình thực nghiệm
được thực hiện trong 3 năm, chia thành 9
đợt nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm và 1 đợt ứng dụng thử
nghiệm thực tế tại nhà máy ở Phủ Lý - Hà Nam.
3.3. Quy trình nghiên cứu thực nghiệm
Quy trình nghiên cứu thực nghiệm gồm 5 bước:
Bước 1: Xác định các thông số đầu vào của nguyên liệu ủ (thực
hiện trên mô hình trong phòng thí nghiệm): Bước 1a: Lựa chọn nguồn
nguyên liệu; Bước 1b: Xử lý sơ bộ nguyên liệu trước khi ủ

Bước 2: Nạp nguyên liệu vào các bể ủ
Bước 3: Theo dõi quá trình thí nghiệm, thực hiện bổ sung độ sụt và
đảo trộn theo các mục đích thực nghiệm: Bước 3a: Nghiên cứu xác
định chế độ bổ sung độ sụt; Bước 3b: Nghiên cứu xác định chế độ đảo
trộn cấp khí tự nhiên theo điều kiện môi trường bên ngoài
Bước 4: Phân tích mẫu thực nghiệm
Bước 5: Xử lý số liệu, bàn lu
ận đánh giá kết quả thực nghiệm.
3.4. Xác định các thông số đầu vào của nguyên liệu ủ sinh học
CTRHC cấp khí tự nhiên
- Lựa chọn vật liệu ủ: Theo [48], khi độ thoáng khí (FAS) nằm trong
khoảng 20 - 35% thì tốc độ tiêu thụ oxy đạt giá trị tối đa là 95%.
Độ thoáng khí tốt nhất là khoảng 30% và độ xốp tối ưu là 32 -
36%. Quá trình phân hủy hiếu khí khi nồng độ oxy tối thiểu là 5%

trong ngăn ủ của mẫu 2 (9,1%) cao hơn mẫu 1 (8,6%); tốc độ phân
hủy diễn ra nhanh và mạnh hơn ở mẫu 1, tỷ lệ C/N sau 35 ngày ủ
là 24/1, ở mẫu 2 là 30,86/1. Như vậy, rác chợ có kích thước phù
hợp là 3 – 5cm. Khi nguyên liệu ủ là rác sinh hoạt hỗn hợp kích
thước có thể nhỏ hơn 3cm (rác nhà hàng, khách sạn, kích thước 1-
3cm, độ xốp nhỏ nhất: 34,3%).
- Lựa chọn chế
phẩm vi sinh bổ sung trước khi ủ: tỷ lệ C/N sau 35
ngày ủ của mẫu 1 (không bổ sung chế phẩm) là 24,0/1; mẫu 6 (bổ
sung EM
TC
) là 22,14/1 và mẫu 7 (bổ sung Enchoice) là
22,64/1.Trường hợp bổ sung chế phẩm, tốc độ đồng hóa C và N
được đẩy nhanh, quá trình ổn định hơn so với không bổ sung chế
phẩm. Đề tài lựa chọn chế phẩm EM
TC
để bổ sung trong quá trình
ủ sinh học.
- Thời gian cần thiết cho 1 quá trình phân hủy sinh học CTRHC
trong điều kiện cấp khí tự nhiên (ủ lên men): sau 2 tuần đầu của
quá trình ủ, nhiệt độ rác đã ổn định, nhưng sau đó, nhiệt độ của rác
đã giảm quá thấp (dưới 35
0
C) không đảm bảo cho quá trình ủ sinh
học diễn ra ổn định. Độ sụt của rác gần như không đổi sau 2 tuần
ủ. Các giá trị TVS, tổng N, tổng C và tỷ lệ C/N sau 28 ngày cho
thấy tiến độ và hiệu quả ủ phân chênh lệch ít so với kết quả ủ phân
từ 28 - 35 ngày. Do vậy, lựa chọn thời gian ủ phân là 28 ngày ủ.
Chương 4. Kết quả nghiên cứu, xác định chế độ đảo trộn, bổ sung
độ sụt và thảo luận

ngày/lần và 3 ngày/lần.
4.2. Nghiên cứu xác định chế độ đảo trộn theo sự thay đổi điều
kiện môi trường bên ngoài trên mô hình trong phòng thí nghiệm
4.2.1. Nghiên cứu chế độ đảo trộn trong điều kiện môi trường bên
ngoài tương đương mùa đông
Các kết quả nghiên cứu cho thấy:
- Nồng độ oxy bổ sung vào ngăn ủ
hàng ngày nhờ đảo trộn và tổng
nồng độ oxy trong ngăn ủ của mẫu 2 (đảo trộn 1 ngày/lần) từ 0,174
– 0,963% và 0,867 – 11,453%; mẫu 3 (đảo trộn 2 ngày/lần) từ
0,073 – 0,46% và 0,277 – 10,846%; mẫu 4 (đảo trộn 0,5 ngày/lần)
từ 0,406 – 2,059% và 1,878 – 13,377%. Như vậy, đảo trộn càng
nhiều thì lượng oxy bổ sung càng lớn và ngược lại. Tuy nhiên, do
điều kiện môi trường thí nghiệm là mùa đông nên có sự chênh lệch
lớn về nhiệt độ bên trong và bên ngoài mô hình, gây t
ổn thất nhiệt
qua thành bể nhiều, vì vậy mặc dù các chế độ đảo trộn khác nhau
nhưng kết quả là từ ngày 16 đến ngày 28 nồng độ oxy bổ sung nhờ
đảo trộn rất thấp, cả 3 trường hợp đều không cung cấp đủ oxy cần
thiết cho quá trình ủ sinh học hiếu khí .
- Các giá trị độ ẩm của mẫu sau 28 ngày ủ phù hợp với yêu cầu về
độ ẩm duy trì trong giai đo
ạn ủ lên men (mẫu 3 ít đảo trộn nhất nên
độ ẩm cao nhất 46,5% và mẫu 4 đảo trộn nhiều nhất nên độ ẩm
thấp nhất 43,8%).
13

- Lượng nước rác phát sinh hàng ngày trong quá trình ủ của mẫu 1 là
20,2cm, mẫu 2 là 18,6cm, mẫu 3 là 19,1cm và mẫu 4 là 15,9 cm.
Trường hợp không đảo trộn tổng lượng nước rác phát sinh lớn nhất

0,5 ngày/lần có nồng độ oxy đáp ứng được yêu cầu để quá trình
phân hủy sinh học hiếu khí diễn ra hiệu quả. Các giá trị độ ẩm của
mẫu sau 28 ngày ủ phù hợp với yêu cầu về
độ ẩm duy trì trong giai
đoạn ủ lên men (mẫu 3 ít đảo trộn nhất nên độ ẩm cao nhất và mẫu
4 đảo trộn nhiều nhất nên độ ẩm thấp nhất).
4.3. Nghiên cứu xác định chế độ đảo trộn theo sự thay đổi điều
kiện môi trường bên ngoài trên mô hình ngoài trời có mái che
4.3.1. Nghiên cứu chế độ đảo trộn trong điều kiện môi trường tự
nhiên bên ngoài là mùa đông
14

- Tổng lượng nước rác hình thành của mẫu 1(không đảo trộn) là
25,8cm, mẫu 2 (đảo trộn 1 ngày/lần) là 14,5cm, mẫu 3 (đảo trộn 2
ngày/lần) là 16,1cm và mẫu 4 (đảo trộn 0,5 ngày/lần) là 14,3 cm.
Như vậy, trường hợp không đảo trộn thì tổng lượng nước rác phát
sinh là lớn nhất (khoảng 50,3 lít) và đảo trộn càng nhiều thì tổng
lượng nước rác phát sinh càng nhỏ (thấp nhất là khoảng 27,9 lít).
- Trường hợp đảo trộn 0,5 ngày/lần, ch
ế độ oxy đảm bảo cho quá
trình phân hủy sinh học hiếu khí. Các giá trị độ ẩm của mẫu sau 28
ngày ủ phù hợp với yêu cầu về độ ẩm duy trì trong giai đoạn ủ lên
men (mẫu 3 ít đảo trộn nhất nên độ ẩm cao nhất 42,9% và mẫu 4
đảo trộn nhiều nhất nên độ ẩm thấp nhất 42,2%). So với kết quả
của mô hình trong phòng thí nghiệm (chế độ nhiệt vào mùa đông
và mùa hè) ta thấy hi
ệu quả xử lý trên mô hình ngoài trời cao hơn
rõ rệt. Tỷ lệ C/N sau 28 ngày ủ các mẫu 2, 3, 4 từ 14,94 – 15,26/1.
4.3.2. Nghiên cứu chế độ đảo trộn trong điều kiện môi trường tự
nhiên bên ngoài là mùa hè

Đảo trộn 0,5 ngày/lần

Hình 4.26. Biểu đồ mô tả chiều cao nước rác phát sinh theo thời gian ủ
với các chế độ đảo trộn khác nhau.
15

- So với mùa đông thì các giá trị về nồng độ oxy đều cao hơn và
hiệu quả xử lý nhìn chung cũng tốt hơn. So với mô hình trong
phòng thí nghiệm hiệu quả xử lý vào mùa đông của mô hình ngoài
trời cũng cao hơn khá nhiều. Các giá trị độ ẩm của mẫu sau 28
ngày ủ phù hợp với yêu cầu về độ ẩm duy trì trong giai đoạn ủ lên
men. Nguyên nhân là do khi nhiệt độ trong ngăn ủ được duy trì ở
mứ
c tối ưu và ổn định thì chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và
bên ngoài ngăn ủ sẽ tạo ra áp suất thông gió tự nhiên rõ rệt khi
thực hiện đảo trộn. Vì vậy, đối với mô hình ngoài trời trong điều
kiện nhiệt độ môi trường tự nhiên bên ngoài là mùa hè ta có thể
chọn phương án đảo trộn 1 ngày/lần là hợp lý.
Chương 5. Thiết lập cân bằng vật chất, phân tích động học, đánh
giá hiệ
u quả xử lý và khả năng ứng dụng thực tiễn của công nghệ
ủ sinh học chất thải hữu cơ cấp khí tự nhiên
5.1. Thiết lập cân bằng vật chất của quá trình xử lý chất thải hữu
cơ bằng cấp khí tự nhiên
5.1.1. Thiết lập cân bằng nước
Thực hiện thiết lập cân bằng nước trong ngăn ủ sau thời gian 28
ngày ủ (hình 5.1). Kết quả
tính toán lượng nước trong ngăn ủ sau đảo
trộn và bổ sung độ sụt theo lý thuyết là 119,07kg. So sánh giữa kết
quả tính toán theo lý thuyết và thực nghiệm, chênh lệch kết quả tính

t
= 203
,
61 k
g

Lượng nước trong
ngăn ủ sau đảo trộn
và bổ sung độ sụt,
W
s
= 119
,
28 k
g

Lượng bay hơi khỏi
ngăn ủ W
h
= 55,87 kg
Lượng rỉ rác từ ngăn ủ
W
r
= 28,67 kg
16

- Tổng lượng nước bay hơi vào không khí (55,87kg) lớn hơn khá
nhiều so với lượng nước rỉ rác tạo thành (28,67), xấp xỉ 50%, như
vậy đảo trộn giúp giảm bớt tổng lượng nước rỉ rác cần xử lý. Đảo
trộn càng nhiều thì tổng lượng nước bay hơi càng lớn và tổng

nước trong ngăn ủ ban đầu sẽ nhỏ, không phải đảo trộn nhiều,
lượng nước rỉ rác phát sinh hầu như không có.
5.1.2. Thiết lập cân bằng các nguyên tố dinh dưỡng (C, N)
Kết quả tính toán cân bằng hàm lượng nitơ và cacbon tổng số trong
ngăn ủ của mẫu 2 được thể hiện trên sơ đồ hình 5.2, hình 5.3.
- Tổng lượng nitơ tổng số thất thoát trong quá trình
ủ của các mẫu từ
5,24 - 8,45g, trong đó lượng nitơ thất thoát theo bay bơi chiếm từ
9,83 – 46,53% so với tổng lượng nitơ thất thoát sau thời gian 28
ngày ủ và chiếm 2,38 – 9,76% so với tổng lượng nitơ trong nguyên
liệu ủ ban đầu. Trường hợp không đảo trộn, lượng nitơ bị thất thoát
17

theo khí thải chênh lệch và thấp hơn so với các trường hợp có đảo
trộn và đảo trộn với tần suất 0,5ngày/lần và 1 ngày/lần có lượng
nitơ bay hơi ít hơn trường hợp đảo trộn 2 ngày/lần.

Hình 5.2. Sơ đồ thiết lập cân bằng nguyên tố N trong quá trình ủ (mẫu
2, có bổ sung độ sụt và đảo trộn 1 ngày/lần) trên mô hình ngoài trời
vào mùa hè


ts
0
= 37,35g
Tổng lượng nitơ trong sản
phẩm phân ủ sau thời gian 28
ngày ủ: N
ts
28
= 32,11g
Tổng lượng N bay hơi khỏi hệ thống ủ
sau 28 ngày ủ: N
ts
k
= 1,62g
Tổng lượng nitơ trong nước rỉ rác sau thời gian
28 ngày ủ: N
ts
nước
= 3,62g
Tổng lượng cacbon trong nước rỉ rác sau thời gian
28 ngày ủ: C
ts
nước
= 321,11g Hệ thống ủ sinh học
cấp khí tự nhiên
Tổng lượng cacbon
trong nguyên liệu ủ ban

công nghệ sinh học cấp khí tự nhiên
Căn cứ kết quả thực nghiệm thu được trên mô hình ngoài trời có
mái che cho thấy khi đảo trộn 1 ngày/lần vào mùa hè, lượng cấp khí là
nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo quá trình xử lý hiếu khí diễn ra hiệu quả. Vì
vậy, trường hợp này được chọn để nghiên cứu phân tích động học quá
trình xử lý CTRHC bằng công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên. Các
hàm số thự
c nghiệm mô tả mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật của
quá trình ủ được xây dựng dựa trên các số liệu thực nghiệm được trình
bày trong các bảng 4.15 và 4.16a (phần phụ lục) và theo phương pháp
nhận dạng hàm số thực nghiệm dựa vào quy luật cấp số [2].
5.2.1. Phân tích mối quan hệ giữa độ thoáng khí (FAS) và tốc độ
phân hủy của chất thải hữu cơ (tỷ lệ C/N) theo thời gian
Các giá trị của độ thoáng khí (tương ứng với trục x) lập nên 1 cấp
số cộng còn hàm y (hằng số tốc độ phân hủy chất thải theo thời gian
thông qua tỷ lệ C/N) tương ứng với các giá trị x lập nên 1 cấp số nhân
thì hàm số thực nghiệm là hàm số mũ có dạng: y = a.e
bx
(5.6)
Các giá trị a, b được xác định trên đồ thị trục bán logarit y ở hình
5.4, phụ lục 7. Khi đó, hàm số thực nghiệm mô tả quan hệ giữa độ
thoáng khí f (FAS) và hằng số tốc độ phân hủy chất thải theo thời gian
thông qua tỷ lệ C/N là: y = 1,6738.e
0,055.x
(5.9)
Kết quả tính toán theo phương pháp sai số bình phương nhỏ nhất
có R
2
= 0,9516 Đồ thị hàm số y = 1,6738.e
0,055.x

Các giá trị của tổng nồng độ oxy trong quá trình ủ (C
O2
) (tương ứng
với trục x) lập nên 1 cấp số nhân còn hàm y (hằng số tốc độ phân hủy
chất thải theo thời gian thông qua tỷ lệ C/N) tương ứng với các giá trị
x cũng lập nên 1 cấp số nhân thì hàm số thực nghiệm là hàm số mũ có
dạng: y = ax
b
(5.14)
Các giá trị a, b được xác định trên trục logarit toàn phần ở hình 5.8,
phụ lục 7. Khi đó, hàm số thực nghiệm mô tả quan hệ giữa tổng nồng
độ oxy trong quá trình ủ (C
O2
) và hằng số tốc độ phân hủy chất thải
theo thời gian thông qua tỷ lệ C/N là: y = 7,464.x
0,474
(5.16)
Kết quả tính toán theo phương pháp sai số bình phương nhỏ nhất có
R
2
= 0,9273.
Đồ thị hàm số y = 7,464.x
0,474
được thể hiện trên hình 5.9.
y = 31,632lnx – 112,08
20 Hình 5.9. Đồ thị quan hệ giữa tổng nồng độ oxy trong quá trình ủ và
hằng số tốc độ phân hủy CTRHC theo thời gian thông qua tỷ lệ C/N

0,474

y = 14,492.e
0,094.x

21

thất thoát nitơ trong quá trình ủ lớn. Theo công nghệ cấp khí cưỡng
bức, nước rác được tuần hoàn lại bể ủ để duy trì độ ẩm trong quá trình
ủ sẽ gây tốn năng lượng để bơm tuần hoàn, tốn năng lượng điện để
cấp gió giảm ẩm….
5.3.2. Đánh giá công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong thực
nghiệm và cấp khí tự nhiên theo chương trình dự án 3R – Hà Nội
tạ
i Cầu Diễn
Công nghệ ủ luống đảo trộn cấp khí tự nhiên có khả năng phân hủy
nhanh và đồng nhất, lượng nitơ thất thoát vào không khí thấp. Do quy
mô của luống ủ tại nhà máy lớn và phương thức đảo trộn bằng cơ giới
đồng đều hơn nên hiệu quả và chất lượng phân ủ nhìn chung tốt hơn
so với mẫu thực nghiệm. Tuy nhiên, tại NM lượng nước rác phát sinh
trong quá trình ủ
nhiều hơn so với mẫu thực nghiệm và lượng TOC
cũng thấp hơn, điều này có thể giải thích do sự khác nhau của thành
phần nguyên liệu đầu (độ ẩm và các chất xơ, rau ủ nhiều sẽ có nước
rác phát sinh nhiều và lượng TOC lớn)
5.3.3. Đánh giá công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong thực
nghiệm và cấp khí tự nhiên thử nghiệm tại NM chế biến phân hữu
cơ t
ừ rác thải sinh hoạt tỉnh Hà Nam
So với mẫu thực nghiệm, mẫu đối chứng có độ ẩm thấp hơn nhưng

thời gian và tốc độ đảo trộn. Ngoài ra, trong thời gian tới cần thực
hiện triển khai các hướng dẫn về thiết kế kỹ thuật và quản lý, vận hành
trước và sau khi đưa NM vào hoạt động.
KẾT LUẬN VÀ KIẾ
N NGHỊ
1. Kết luận
Trong thời gian nghiên cứu và thực nghiệm khoảng 3 năm, trên cơ
sở các kết quả thu được, đối chứng với hệ thống lý thuyết và thực tiễn
tồn tại trong các NM chế biến phân vi sinh ở Việt nam, đề tài đã rút ra
được những kết luận sau:
• Kết luận 1: Các loại CTRHC sinh hoạt có nguồn gốc từ chợ, hộ
gia đình và nhà hàng, khách sạn đề
u có thể thu hồi, tái sử dụng làm
nguyên liệu chế biến phân hữu cơ. Để các thông số đầu vào đạt tối
ưu (độ xốp, độ pH, độ ẩm, tỷ lệ C/N) nên phối hợp các loại rác hữu
cơ có nguồn gốc khác nhau. Rác có thành phần cacbon cao, nhiều
chất xơ (rác rau, củ, quả, vỏ dứa, mít) cần trộn thêm rác có thành
phần chứa nhiều tinh bột, nitơ, photpho,…. để tỷ lệ C/N của
nguyên liệu ủ từ 25 – 35/1. Kết quả phân tích nguyên liệu ủ là rác
hỗn hợp trong các đợt nghiên cứu có độ ẩm từ 52,4 - 57,5%, độ pH
6,6 - 7,1 và tỷ lệ C/N từ 27,22 - 30,34/1.
• Kết luận 2: Trước khi ủ cần xử lý sơ bộ nguyên liệu ủ đến kích
thước khoảng 3 – 5cm. Tùy theo điều kiện ủ có thể bổ sung thêm
chế phẩm vi sinh để khử mùi, đẩy nhanh tốc độ, thời gian và hiệu
quả phân hủy chất thải. Kết quả thực nghiệm cho thấy hai loại chế
phẩm EM
TC
và Enchoice Solution có hiệu quả phân hủy các chất
trong quá trình ủ sinh học chỉ chênh lệch khoảng 2% (tỷ lệ C/N sau
35 ngày của mẫu bổ sung EM