Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN ....................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... 5
Chương I: ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................... 6
1.1. Giới thiệu...................................................................................................... 6
1.2. Mục đích của đề tài ....................................................................................... 7
1.3. Nội dung của đồ án ....................................................................................... 8
Chương II: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ HÀ
NỘI VÀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY YẾM KHÍ SINH KHÍ SINH HỌC ............ 9
2.1. Tình hình CTR đô thị tại Hà Nội ................................................................... 9
2.1.1. Nguồn gốc phát sinh và thành phần của chất thải rắn đô thị Hà Nội ....... 9
2.1.2. Tình hình quản lý chất thải rắn ở Hà Nội.............................................. 11
2.1.2.1. Thu gom và vận chuyển chất thải .................................................. 11
2.1.2.3. Xử lý chất thải ............................................................................... 13
2.2. Sự cần thiết phải xử lý thành phần hữu cơ của CTR đô thị .......................... 14
2.3. Quá trình phân hủy yếm khí sinh khí sinh học (Biogas) .............................. 15
2.3.1. Khái niệm ............................................................................................ 15
2.3.2. Nguyên liệu.......................................................................................... 15
2.3.3. Cơ chế quá trình phân hủy yếm khí ...................................................... 16
2.3.3.1. Giai đoạn 1: giai đoạn thủy phân ................................................... 16
2.3.3.2. Giai đoạn 2: giai đoạn lên men axít ............................................... 17
2.3.3.3. Giai đoạn 3: giai đoạn sinh khí mêtan ............................................ 17
2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng........................................................................... 19
Chương III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................. 23
3.1. Nghiên cứu đặc tính CTR hữu cơ đô thị Hà Nội.......................................... 24
3.1.1. Lấy mẫu ............................................................................................... 24

4.1.2. Tính chất của CTR hữu cơ ................................................................... 44
4.2. Đánh giá giai đoạn thủy phân ...................................................................... 46
4.3.1. Nhu cầu ôxy hóa học (COD) và tổng cacbon hữu cơ (TOC) ................ 46
4.3.3. Tổng axít bay hơi (TVFA) và pH ......................................................... 51
4.3. Thăm dò quá trình sinh khí mêtan ............................................................... 55
Chương V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ........................................ 57
5.1. Kết luận ...................................................................................................... 57
5.1.1. Thành phần và tính chất của CTR hữu cơ đô thị....................................... 57
5.1.2. Thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô pilot ............................... 57
5.2. Đề xuất giải pháp ........................................................................................ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 59
PHỤ LỤC ................................................................................................................ i
A. Các bảng số liệu phân tích .............................................................................. ii
B. Danh mục các thiết bị sử dụng cho hệ thống pilot .......................................... iv
C. Xử lý số liệu đo khí ......................................................................................... v
D. Hình ảnh về hệ thống pilot ............................................................................ vii

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

2


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN

CHC

Chất hữu cơ


Tổng chất khô

TBPƯ
TVFA
TVFA_C

Thiết bị phản ứng
Tổng axit bay hơi
Cacbon trong tổng axit bay hơi

VS

Chất rắn bay hơi

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

3


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Kế hoạch thực hiện công việc .................................................................. 7
Bảng 2.1. Tổng hợp trung bình khối lượng chất thải phát sinh của Hà Nội 2007.... 10
Bảng 2.2: Số liệu về thành phần CTR đô thị Hà Nội .............................................. 10
Bảng 2.3: Số liệu về thành phần CTR đô thị Hà Nội những năm trước và dự báo
trong tương lai ....................................................................................................... 11

Hình 3.2: Sơ đồ vị trí các điểm lấy mẫu ................................................................. 24
Hình 3.3: Sơ đồ lấy mẫu CTR hữu cơ .................................................................... 26
Hình 3.4: Sơ đồ quá trình xử lý mẫu ...................................................................... 26
Hình 3.5: Các thành phần của chất thải rắn đô thị tại Hà Nội ................................. 27
Hình 3.6: Sơ đồ mô tả quá trình phân tích MC, TS, VS của chất thải rắn hữu cơ ... 28
Hình 3.7: Các giai đoạn vận hành của hệ thống ..................................................... 31
Hình 3.8: Mô phỏng hệ thống phân hủy yếm khí ................................................... 33
Hình 4.1: Đồ thị % các thành phần của CTR trước khi qua hệ thống phân loại ...... 43
Hình 4.2: Đồ thị % các thành phần của CTR sau khi qua hệ thống phân loại ......... 43
Hình 4.3: Biến thiên nồng độ COD trong nước rác theo thời gian .......................... 47
Hình 4.3: Biến thiên nồng độ TOC trong nước rác theo thời gian .......................... 47
Hình 4.5: Đồ thị tải lượng COD tích lũy theo thời gian.......................................... 48
Hình 4.6: Đồ thị tải lượng TOC tích lũy theo thời gian .......................................... 48
Hình 4.7: Đồ thị tương quan giữa nồng độ COD và TOC ...................................... 49
Hình 4.8: Sơ đồ cân bằng vật chất ở giai đoạn 1 .................................................... 50
Hình 4.9: Hiệu quả chuyển TOC trong CTR vào nước rác sau giai đoạn1.............. 51
Hình 4.10: Đồ thị biến thiên nồng độ TVFA trong nước rác .................................. 52
Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn lượng TVFA tích lũy theo thời gian ........................... 53
Hình 4.12: So sánh TOC và TVFA_C trong nước rác của 2 thiết bị phản ứng ....... 53
Hình 4.13: Đồ thị biến thiên pH của nước rác ........................................................ 54

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

5

.


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

CO2) được sử dụng làm một nguồn năng lượng tái sinh. Bên cạnh đó, quá trình này
còn làm giảm đáng kể thể tích của CTR trước khi đem chôn lấp.

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

6


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

1.2. Mục đích của đề tài
Đề tài “ Nghiên cứu đặc tính của chất thải rắn hữu cơ đô thị tại Hà Nội và
thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô pilot ’’ có các mục đích chính là:
1. Đánh giá đặc tính của chất thải rắn hữu cơ đô thị tại Hà Nội thu thập từ nhà
máy chế biến phế thải Cầu Diễn.
2. Thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô pilot.
a. Đánh giá giai đoạn thủy phân và lên men axit trong điều kiện có bổ
sung và tuần hoàn nước rác.
b. Thăm dò quá trình sinh khí mêtan trong điều kiện không kiểm soát
(nhiệt độ, vi sinh vật, tuần hoàn nước rác).
Để thực hiện được mục đích trên thì kế hoạch thực hiện công việc như sau:
Bảng 1.1. Kế hoạch thực hiện công việc

Mục đích

Thời gian

Từ
05/10/2009

khí.

- Tìm hiểu thiết bị

31/01/2010

Từ 14/03 đến
27/04/2010

- Thiết lập mô hình phân hủy yếm - Tìm hiểu cách sử dụng và lắp

- Lắp đặt mô hình phân hủy
yêm khí.

- Vận hành mô hình.

- Lấy mẫu CTR hữu cơ.

Từ 28/04
đến

- Đánh giá giai đoạn thủy phân

- Vận hành, kiểm soát hệ thống.

30/05/2010

- Thăm dò quá trình phân hủy
yếm khí


Chương II
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ HÀ NỘI VÀ
QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY YẾM KHÍ SINH KHÍ SINH HỌC
Chương này trình tổng quan về tình hình phát sinh, quản lý và xử lý chất thải
rắn trên địa bàn thành phố Hà Nội; Sự cần thiết phải xử lý thành phần hữu cơ của
của chất thải rắn đô thị; Cơ sở lý thuyết của quá trình phân hủy yếm khí sinh khí
sinh học. Chi tiết từng phần sẽ được trình bày cụ thể dưới đây:
2.1. Tình hình CTR đô thị tại Hà Nội
Hà Nội có tổng diện tích là 3.300 km2 với dân số là hơn 6,2 triệu người.
Riêng Hà Nội cũ đã có tới 5.000 nhà máy, xí nghiệp, trên 70 bệnh viện Trung ương
và địa phương. Hà Nội cũ cũng có tới 55 chợ và hàng trăm nhà hàng, khách sạn và
các cơ sở thương mại. Các khu công nghiệp ngày càng phát triển và mở rộng, tốc độ
đô thị hóa cũng đang tăng nhanh... Chính những lý do trên làm cho lượng chất thải
phát sinh ngày càng tăng.
2.1.1. Nguồn gốc phát sinh và thành phần của chất thải rắn đô thị Hà Nội
Các nguồn chủ yếu phát sinh ra chất thải rắn ở Hà Nội chủ yếu bao gồm:
Chất thải rắn sinh hoạt từ các khu dân cư, trung tâm thương mại, từ các công sở,
trường học, các công trình công cộng, các dịch vụ đô thị, các hoạt động công
nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, khai khoáng, các trạm xử lý chất thải.
Theo số liệu thống kê chất thải rắn hàng năm của URENCO Hà Nội, khối
lượng chất thải rắn phát sinh từ các nguồn khác nhau của thành phố Hà Nội được
trình bày ở bảng II.1
Bảng 2.1. Tổng hợp trung bình khối lượng chất thải phát sinh của Hà Nội 2007

TT

1

2



83%
- Sản xuất phân hữu cơ vi
sinh: 160 tấn/ngày (tương
đương 7%)
- Tái chế: 10% tự phát tại

giấy, thủy tinh…
- Các chất khác còn lại

các làng nghề.

- Đất đào hố móng,

- Chôn lấp hợp vệ sinh

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

9


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

thải
xây

gạch, ngói, vôi vữa,…

dựng

đốt Del monego 200

tế

Italia:100%

Tổng số

4.305

Thành phần CTR đô thị rất đa dạng và tùy thuộc vào tốc độ phát triển kinh
tế, văn hóa và tập quán sinh sống của người dân đô thị. Tỷ lệ các chất có trong CTR
là không ổn định và thường thay đổi theo từng khu vực, địa phương, và phụ thuộc
vào mức sống của người dân.
Bảng 2.2: Số liệu về thành phần CTR đô thị Hà Nội

Các thành phần cơ bản

TT

% về khối
lượng

Lượng (tấn/ngày)

1

CHC (rau, cây, thức ăn thừa)

41,98


1,27

0,940

6

Gạch, đá, sỏi, bêtông

6,89

5,099

7

Thủy tinh

1,42

1,051

8

Kim loại, vỏ đồ hộp

0,59

0,437

9

trong tương lai

TT

Thành phần

1997 - 2000 2005 - 2010

2010 - 2020

1

Chất hữu cơ

51,06

48

45

2

Giấy

4,61

6,8

8,2


6

Thủy tinh

7,09

2,5

3,0

7

Xương, vỏ trai, ốc

1,12

1,0

1,5

8

Kim loại, vỏ đồ hộp

0,6

3,0

3,7


12

Tỷ trọng (tấn/m3)

0,42

0,42

0,42

(Nguồn: Báo cáo tổng kết công tác quản lý chất thải rắn thành phố Hà Nội,
2002 của URENCO)
Nhận xét: Từ 2 bảng số liệu II.2 và II.3 cho thấy rằng thành phần hữu cơ
chiếm tỷ trọng cao trong CTR đô thị Hà Nội. Bao gồm chủ yếu là CTR từ các chợ,
khu dân cư như các loại rau, vỏ hoa quả, thức ăn thừa… dễ phân hủy sinh học. Là
nguồn nguyên liệu cho các công nghệ tái chế chất thải hữu cơ bằng phương pháp
sinh học. Nếu chất thải được phân loại ngay tại nguồn phát sinh thì sẽ dễ dàng cho
công tác thu gom và quản lý. Đây cũng là mục tiêu của các nước và Việt nam đang
hướng đến.
2.1.2. Tình hình quản lý chất thải rắn ở Hà Nội
2.1.2.1. Thu gom và vận chuyển chất thải
Chất thải rắn ở Hà Nội hầu hết không được phân loại ngay từ đầu nguồn phát
sinh, đáng chú ý là trong CTR có chứa các thành phần nguy hại. Hiện nay CTR y tế
đã được thu gom và vận chuyển riêng, chất thải công nghiệp cũng sẽ được xử lý tập
trung.
Hà Nội bắt đầu thực hiện việc phân loại CTR tại nguồn từ năm 2006 theo dự
án 3R được khởi động với sự hỗ trợ của tổ chức JICA và được thí điểm tại 4
phường thuộc 4 quận của Hà Nội: Phường Láng Hạ (Đống Đa), phường Thành

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

công nghiệp 500 - 600 tấn/ngày, chất thải xây dựng 1.000 - 1.200 tấn/ngày (chiếm
20%), bùn bể phốt và chất thải khác 500 - 600 tấn (10%). Các chất thải nói trên hầu
như không được phân loại triệt để, đều lẫn trong rác sinh hoạt. (Nguồn Trung tâm
Môi trường Đô thị & Công nghiệp. Hà Nội, tháng 12-2009)
Lượng chất thải sinh hoạt chủ yếu được vận chuyển tới Khu liên hiệp xử lý
chất thải Nam Sơn và được xử lý chủ yếu bằng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh
với khối lượng trung bình 2.800 tấn/ngày. Chất thải rắn công nghiệp của thành phố
hiện cũng được thu gom, vận chuyển về Nam Sơn để xử lý đạt khoảng 85-90% và
chất thải nguy hại mới chỉ đạt khoảng 60-70%. Chất thải công nghiệp, y tế nguy hại
được xử lý phổ biến bằng phương pháp đốt tại nhà máy xử lý chất thải công nghiệp
Nam Sơn và lò đốt chất thải y tế Tây Mỗ, sau đó được đóng rắn để chôn lấp.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

12


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

2.1.2.3. Xử lý chất thải
Công tác xử lý, tiêu hủy, tái chế chất thải rắn hiện tại còn rất nhiều hạn chế,
chủ yếu dựa vào chôn lấp (khoảng 73-81%) lượng chất thải rắn được thu gom. Do
chất thải hầu như chưa được phân loại và bản thân năng lực tái chế của các cơ sở
dịch vụ môi trường trên địa bàn thành phố còn chưa cao.
Hiện tại, công tác xử lý, tiêu hủy, tái chế chất thải rắn chủ yếu dựa vào chôn
lấp hợp vệ sinh tại bãi chôn lấp Nam Sơn (Sóc Sơn), Kiêu Kỵ (Gia Lâm), Xuân Sơn
(Sơn Tây), Núi Thoong (Chương Mỹ) và nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn,
Seraphin Sơn Tây. Còn lại 11 huyện của Hà Tây trước đây, đổ tại các bãi rác lộ
thiên, thậm chí là sử dụng các ao hồ làm nơi chứa rác không có hệ thống thu gom
nước rác tiềm tàng gây ô nhiễm nước mặt và nước ngầm.


pháp nhằm giảm tỉ lệ chất thải phải chôn lấp. Phần lớn CTR đô thị được xử lý bằng
hình thức chôn lấp, công nghệ xử lý còn lạc hậu. Ý thức của người dân trong công
tác vệ sinh môi trường chưa cao, chất thải chưa được phân loại tại nguồn. Trong khi
đó, tái sử dụng và tái chế chất thải mới chỉ được thưc hiện một cách không chính
thức, ở quy mô tiểu thủ công nghiệp, phát triển một cách tự phát, không đồng bộ,
thiếu định hướng và chủ yếu là do khu vực tư nhân kiểm soát.
2.2. Sự cần thiết phải xử lý thành phần hữu cơ của CTR đô thị
Với tình trạng chất lượng môi trường ngày càng xấu đi, vấn đề ô nhiễm môi
trường sống nói chung, ô nhiễm CTR nói riêng tại các đô thị lớn ở Việt Nam đang
là vấn đề cấp thiết đặt ra và cần được giải quyết kịp thời. Đó là ô nhiễm chất thải
sinh hoạt, công nghiệp, y tế…
Vấn đề năng lượng cùng với sự gia tăng dân số và tiến bộ của khoa học kỹ
thuật, đặt ra yêu cầu tìm các nguồn năng lượng mới để thay thế cho các nguồn năng
lượng sắp cạn kiệt: Năng lượng gió, thủy triều, năng lượng mặt trời…
Chất thải hữu cơ: Chất thải con người và động vật, nước thải sinh hoạt, công
nghiệp, CTR hữu cơ… là nguồn tài nguyên và năng lượng có thể được tái tạo thông
qua các quá trình lý, hóa, sinh hoặc kết hợp.
Đối với CTR đô thị, phương pháp xử lý chủ yếu hiện nay ở Hà Nội là chôn
lấp, với tình trạng hiện nay thì sau một thời gian nữa thì sẽ không còn diện tích đất
chôn lấp. Trong thành phần của CTR đô thị, tỉ lệ CTR hữu cơ tương đối cao, nếu
đem chôn lấp trực tiếp thì quá trình phân hủy diễn ra trong bãi chôn lấp rất phức tạp
và khó kiểm soát, gây ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí. Đây cũng là
tình trạng chung hiện nay ở các bãi chôn lấp trên địa bàn thành phố Hà Nội.
Tái chế chất thải không chỉ mang lại lợi ích to lớn trong việc bảo vệ môi
trường mà còn mang lại lợi ích to lớn trong sự phát triển kinh tế, giải quyết công ăn
việc làm cho một bộ phận người dân.
Do đó xử lý tái chế thành phần hữu cơ của CTR đô thị là một khả năng có
thể sẽ được ứng dụng rộng rãi góp phần giải quyết tình trạng trên, rất phù hợp với
xu thế của thế giới ngày nay.


-

Khí Nitơ

(N2)

0 – 3%

-

Khí Hydro

(H2)

0 – 1%

-

Khí Hydro sulphua

(H2S)

0 – 1%

Trong hỗn hợp khí biogas ta thấy khí CH4 chiếm một số lượng lớn và là khí
được sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lượng khi đốt. Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi
quá trình sinh học và nguyên liệu mà ta sử dụng.
Khí CH4 là một chất khí không màu, không mùi nhẹ hơn không khí. CH4 ở
0

Lên men
yếm khí

Chất hữu cơ

(2.1)

CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S

Quá trình phân hủy yếm khí được chia thành ba giai đoạn chính sau:
 Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử (thủy phân và lên men)
 Tạo nên các axít và khí hydro (lên men axít)
 Tạo khí mêtan từ các axít và từ khí hydro (mêtan hóa)
Chất hữu cơ
Protein

Aminoaxit

Vi khuẩn
Amôn

Cacbonhydrate

Tổng axit
bay hơi

Đường đơn

Acetate


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

Tuy nhiên các chất hữu cơ như cellulose, lignin rất khó phân hủy thành các chất hữu
cơ đơn giản đây là một giới hạn của quá trình phân hủy yếm khí, bởi vì lúc đó các
vi khuẩn ở giai đoạn 1 sẽ hoạt động chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 2 và 3. Tốc
độ thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu nạp, mật độ vi khuẩn trong thiết bị phản
ứng và các yếu tố môi trường như: pH và nhiệt dộ.
Các phản ứng ở giai đoạn thủy phân:
Tinh bột

Glucoza

(2.2)

Cenluloza

Mantoza + Glucoza

(2.3)

Lipit

Tổng axit + Rượu đa chức

(2.4)

Protein

Peptit


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

17


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

Các vi khuẩn tham gia quá trình lên men yếm khí được chia ra làm 4 nhóm
chính.
 Nhóm 1: nhóm vi khuẩn thủy phân và lên men (hydrolytic and fermemtavi
bacteria).
 Nhóm 2: nhóm vi khuẩn tạo axít axêtic và khí H2 (acetate and H2- producing
bacteria).
 Nhóm 3: nhóm vi khuẩn sử dụng axit để tạo khí mêtan (acetoclastic
bacteria), phản ứng sinh hóa có thể viết như sau:
CH3COOH → CH4 + CO2

(2.8)

Các vi khuẩn này thuộc các giống chính đó là Methanothrix, Methanoseata.
 Nhóm 4: nhóm vi khuẩn sử dụng khí H2 dể tạo khí mêtan (hydrogenutilizingmethane bacteria), phản ứng sinh hóa có thể viết như sau:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

(2.9)

Các vi khuẩn này thuộc nhóm Methanococcales và Methanobateriales.
Các phản ứng sinh hóa trong hầm ủ có thể được biểu diễn qua các phương
trình sau:

áp suất riêng phần của H2 sẽ có lợi trong việc vận hành hầm ủ.

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

18


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng
2.3.4.1. Môi trường
Quá trình lên men tạo khí sinh học có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong
đó các vi khuẩn sinh metan là những VK quan trọng nhất, chúng là những vi khuẩn
kỵ khí bắt buộc. Sự có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các VK này, vì vậy
phải đảm bảo điều kiện yếm khí tuyệt đối của môi trường lên men.
2.3.4.2. Nhiệt độ
Trong tự nhiên mêtan được sản sinh ra bởi các vi khuẩn hoạt động trong một
khoảng nhiệt độ rất rộng. Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các
mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy yếm khí. Thông thường thì biên độ nhiệt độ
sau đây được chú ý đến quá trình sản xuất biogas.
 Mesophilic (25 - 40oC): đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật
ưa ấm.
 Thermophilic (50 - 65oC): nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt.
8

Psichrophilic

Mesophilic


70

o

C

Hình 2.2: Dải nhiệt độ cho quá trình phân hủy yếm khí

Nói chung, trong các hầm ủ yếm khí khi nhiệt độ tăng thì tốc độ sinh khí
tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 45oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt
độ này không thích hợp cho cả 2 loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60oC thì tốc độ sinh khí
giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kiềm hãm hoàn toàn ở nhiệt độ 65oC. Ở các
nước ôn đới, nhiệt độ môi trường thấp do đó tốc độ sinh khí chậm và ở nhiệt độ
dưới 10oC thể tích khí được sản xuất giảm mạnh. Để cải thiện tốc độ sinh khí có thể
dùng khí sinh học để đun nóng nguyên liệu nạp, hoặc đun nước nóng để trao đổi
nhiệt.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

19


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

2.3.4.3. Độ pH và độ kiềm
pH trong thiết bị nên được điều chỉnh ở mức 6,6 – 7,6, tối ưu trong khoảng 7
– 7,2 . Mặc dù vi khuẩn tạo axit có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi
[1]

khuẩn tạo metan lại bị ức chế ở pH này. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6

2.3.4.6. Ảnh hưởng của các chất khoáng và một số độc tố trong nguyên liệu
Các chất khoáng trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực
đến quá trình sinh khí mêtan. Các chất khoáng này còn gây hiện tượng cộng hưởng
hoặc đối kháng. Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 869355

20


Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô
pilot – Đỗ Quốc Cường – Lớp CNMT K50QN

nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện
tượng giảm độc tính của một nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác.
Bảng 2.4. Một số chất ức chế quá trình sinh khí mêtan (US.EPA, 1979) [1]

Nồng độ gây ức chế mg/l

Nhân tố
Axit hữu cơ

> 2000(a)
1500

3000 (ở pH > 7,6)

Nitơ amôn

> 200

0,5 (dạng hoàn tan)

Cadmium

150

Sắt

1710

Cr6+

3

Cr3+
Nikel
(a)

500
(b)

2

Trong khoảng pH từ 6,6 đến 7,4 và với khả năng đệm thích ứng, các vi khuẩn

có thể chịu được nồng độ axit hữu cơ từ 6000 8000mg/l.
(b)
Nikel ở nồng độ thấp làm tăng quá trình sinh khí mêtan.
2.3.4.7. Khuấy trộn
Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh

Trong nghiên cứu này, CTR được thu thập nhiều lần từ nhà máy chế biến
phế thải Cầu Diễn (CTR từ các chợ và dự án 3R), tiến hành phân loại thủ công tại
nhà máy để xác định các thành phần nhằm đánh giá thành phần của CTR đô thị Hà
Nội, phần chất thải hữu cơ thu được sẽ sử dụng để phân tích tại phòng thí nghiệm
(PTN) các chi tiêu: Độ ẩm (MC), Tổng chất khô (TS), Chất rắn bay hơi (VS), Tổng
Nitơ Kejldahl (TKN), Tổng cacbon hữu cơ (TOC) để đánh giá đặc tính và tiềm
năng phân hủy yếm khí của chất thải hữu cơ này này. Hệ thống Pilot được thiết lập
với nguyên tắc chung là ủ gián đoạn có bổ sung và thu hồi nước rác bao gồm 2 giai
đoạn chính (xả nước và ủ yếm khí), với mục tiêu chung là ổn định chất thải và sản
xuất khí sinh học. Tổng quát phạm vi nghiên cứu được mô tả bằng sơ đồ ở hình 3.1.
Chi tiết phương pháp nghiên cứu sẽ được trình bày ở các mục dưới đây.
CTR hữu cơ đô thị Hà
Nội (thu thập mẫu đại
diện)

Xác định thành
phần vật lý

Phân loại
Xử lý mẫu (nghiền nhỏ)

Giảm kích thước

Phân tích PTN (MC,
TS, VS, TKN, TOC)

Đánh giá
thành
phần của
CTR-HC

bảo quản mẫu và phân tích.
3.1.1. Lấy mẫu
3.1.1.1. Vị trí lấy mẫu
CTR đô thị được thu gom từ các phường thuộc dự án 3R và các chợ trên địa
bàn thành phố Hà Nội. Hằng ngày được tập trung về nhà máy chế biến phế thải Cầu
Diễn. Tại đây, chất thải sẽ được sàng lọc và giảm kích thước sau khi qua hệ thống
phân loại của nhà máy. Vì vậy, có 2 vị trí có thể thực hiện công việc lấy mẫu đó là
vị trí mà chất thải ở trước hoặc sau khi qua hệ thống phân loại của nhà máy, các vị
trí lấy mẫu này được mô tả ở hình 3.2. Bảng 3.1 ghi chi tiết về thời gian, vị trí lấy
mẫu và các chỉ tiêu phân tích mẫu CTR hữu cơ.
CTR ở
các chợ

CTR sinh
hoạt (3R)

Tập trung về
nhà máy

Điểm lấy mẫu (các ngày 27/11,
02/12, 19/12/2009, và 28/04/2010)

Hệ thống
phân loại

Các thành
phần khác

CTR hữu cơ
sau phân loại

loại của nhà máy
Sau khi qua hệ thống phân
loại của nhà máy
Trước khi qua hệ thống phân
loại của nhà máy
Trước khi qua hệ thống phân
loại của nhà máy
Trước khi qua hệ thống phân
loại của nhà máy

MC, TS,VS, TOC, TKN, TP
MC, TS,VS, TOC, TKN, TP
MC, TS,VS, TOC, TKN, TP
MC, TS,VS, TOC, TKN, TP
MC, TS,VS, TOC, TKN, TP
MC, TS, VS, TOC, TKN, TP, Sử
dụng cho hệ thống pilot

Lấy tại 2 vị trí

3.1.1.2. Phương pháp lấy mẫu
Mẫu CTR hữu cơ được lấy theo phương pháp ‘một phần tư’.
Ký hiệu mẫu:
- M1: Mẫu đại diện trước khi phân loại thủ công
- M2: Mẫu sau khi phân loại thủ công.
- M3: Mẫu đại diện sau khi phân loại thủ công (phân tích trong PTN)
Mẫu CTR hữu cơ được thu thập tại nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn với
thể tích khoảng 4m3 được đổ đống tại một nơi riêng biệt, đảo trộn đều và vun thành
đống hình côn. Chia hình côn đã trộn đều làm bốn phần bằng nhau. Lấy hai phần
chéo nhau và tiếp tục trộn thành hình côn mới. Thực hiện quá trình trên cho đến khi