BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO
TẠOTRƢỜNGĐẠ IH Ọ C X Â YD Ự N G

LUẬNÁNNGHIÊNCỨUSINH

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ
TỰHOẠIVÀRÁCHỮUCƠBẰNGPHƢƠNGPHÁPSINHHỌCKỲKHÍỞC
HẾ ĐỘ LÊNMENNĨNG

NGÀNH:K Ỹ T H U Ậ T M Ô I T R Ƣ Ờ N G MÃSỐ:62.5
2.03.20

NĂM2015


2

MỞĐẦU
1. ĐẶTVẤNĐỀ
Hàng ngày, lượng chấtthải phát sinh tại cácđ ô t h ị r ấ t l ớ n . T ạ i
k h u v ự c đ ô thị, hầu hết các gia đình sử dụng bể tự hoại để xử lý nước thải của
hộ gia đình trướckhi đổ vào hệ thống thoát nước chung của thành phố. Lượng bùn
được hút từ bể tựhoại phát sinh hàng năm tại các hộ gia đình rất lớn, tại thành phố
Hà Nội ước tínhkhoảng 517 m 3/ngày[2].Một phần lượng bùn bể tự hoại được công
ty Urenco thugom và xử lý kết hợp với rác hữu cơ để xử lý phân vi sinh, phần cịn
lại được cáccơngtytư nhânthugom,vậnchuyển.
Bên cạnh đó, chất thảirắnsinh hoạt phát sinh tại các đô thị hàngn g à y
r ấ t lớn. Tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt ở các đơ thị phát sinh trên tồn quốc
tăngtrung bình 10-16% mỗi năm, trong đó tỉ lệ rác hữu cơ chiếm > 51% trong rác
thảisinh hoạt[24]. Biện pháp xử lý rác hữu cơ hiện nay chủ yếu là chôn lp, gõy
ụnhimmụitrngvquỏtibóichụnlp.

Theochin lc quc giavề quản lý tổng hợp chất thải rắn đến năm
2025,tầm nhìn đến năm 2050 doTh tngChính phủ ban hành ngày 17 thỏng 12
năm2009sphỏttrinchngtrỡnhthỳcđẩyphânloạichấtthảirắntạinguồnnhằmmục
đích tỏch riờng rỏc vô cơ và hữu cơ, tỏi chế, tỏi sử dụng chất thải để giảm thiểu
diệntíchbÃichônlấp.TheomụctiờucụthểcủaChinlcquốcgiađếnnăm2015:85%tng
lngchất

thải

rắn

sinh

hoạt

đụthị

phỏt

sinhcthu

gom,

60%lngchấtthảictỏichế,tỏisửdụng,thuhồinnglnghoặcsảnxuấtphânhữucơ;
30%bựnbểphốtcủacỏcđôthịtừloạiIItrở lờn và 10% của cỏc đô thị cònlạicthugom và xử lý
đảm bảomụi trng; 50% rỏccphân loại tại nguồn. Cỏc giải phỏpc ara
để thực hiệnChin lcquốc gia bao gồm: phòng ngừa và giảm thiểuphỏtsinhchấtthảirắn;
thúcđẩyphânloạichấtthảirắntạinguồntrongđóphỏttriểncơ sở hạ tầng, thu gom và xử lý riờng đốivớitừng loại
chất thải rắn sau khi đà phânloại;tăng cãờngtỏisử dụng, tỏichế chất
thảirắn;xửlýchấtthảirắn.

Tinhiunctrờnthgii,cụngnghxlýkkhớcỏcchtthigiuhu
c chếđộ nhiệt khácnhau: lênmenấmhoặclên mennóngđãđượcápdụngở quy


mô lớn, quy mô công nghiệp để giảm thiểu lượng chất thải đưa đến bãi chôn
lấp,giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo ra sản phẩm biogas phục
vụcho sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng.Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy xử
lýkỵ khí chất thải ở chế độ lên men nóng cho ưu điểm hơn chế độ lên men ấm
vềlượngk h í m e t a n s i n h r a c a o h ơ n , t h ờ i g i a n p h â n h ủ y ngắ n h ơ n v à b ù n s a u x ử
l ý đượctiêudiệthồntồnmầmbệnh,cóthểđượcsửdụnglàmphânbónchocâytrồng. Giải pháp xử lý chất thải
bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở chế độ lên mennóngđốivớicácloạichấtthảicónhiềutiềmnăng,vì
vậycóthểápdụngtrongđiềukiệnViệtNam.
Đề tài luận án:“Nghiên cứu q trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và
ráchữucơbằngphƣơngphápsinhhọckỳkhíởchếđộlênmennóng”là rất cầnthiết, để đáp ứng yêu cầu
bảo vệ môi trường, phù hợp với định hướng chiến lượcphát triểntrong tương lai về
việc

lựa

chọn

giải

pháp

công

nghệ

xử


lý

cho

các

đô

thịlớntạiViệtNam,hướngtớipháttriểnbềnvững.
2. MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU CỦALUẬN ÁN
Mụctiêunghiêncứucủaluậnán:
Nghiên cứu tính khả thi và hiệu quả về mặt kỹ thuật của cơng nghệ phân
hủysinh học kỵ khí lên men nóng để xử lý hỗn hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ
(chấtthảithựcphẩm)trongđiềukiệnViệtNam.
Nghiên cứu đánh giá được một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sinh học
kỵkhí ở chế độ lên men nóng tới hiệu quả sinh metan: tỷ lệ bùn bể tự hoại: chất
thảithựcphẩm, tảilượnghữucơcủachấtthải.
Xác định thơng số động học đặc trưng của q trình xử lý kỵ khí hai loại
chấtthảinóitrênởchếđộlênmennóng.
3. ĐỐITƢỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU
Đốitƣợngnghiêncứu
Đốitượngnghiêncứulà bùnbểtự hoạivàchấtthảithựcphẩm.
Phạmvinghiêncứu
Phạmvinghiêncứu:tạicácthành phốlớn,lấyHàNộilàmvídụnghiêncứu.


Công nghệ xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng phương
phápsinh học kỵ khí ở chế độ lên men nóng được thực hiện trong phịng thí nghiệm
(thínghiệmtheomẻ) vàứngdụngthử nghiệmtrênmơhìnhPilot (thínghiệmliêntục).

4. NỘI

DUNG

NGHIÊN

CỨUNộidungchínhcủaluậnán
Tổngqua nv ề s ố lư ợ n g, t h à n h p h ầ n , t í n h c hấ t c ủ a b ù n c ặ n b ể t ự h oạ i , r á
c hữucơvàcơsởlýthuyếtqtrìnhphânhủykỵkhíởchếđộlên mennóng.
Nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình trong phịng thí nghiệm: Thí
nghiệmtheo mẻ và thí nghiệm liên tục – mơ hình pilot. Thí nghiệm theo mẻ nghiên
cứu
xửlýkỵkhíkếthợpbùnbểtựhoạivàchấtthảithựcphẩmvớicáctỉlệphốitrộnBùnbể tự
hoại:chấtthảithựcphẩmkhácnhauởcácchếđộlênmenấm và lênm e n nóng. Thí nghiệm theo mẻ cho
phép

so

sánh

giữa

2

chế

độ

lên


men

về

lượng

khímetans i n h r a , h i ệ u s u ấ t q u á t r ì n h x ử l ý t h e o C O D v à h i ệ u s u ấ t s i n h k h í
m e t a n . Đồngthờixácđịnhđượctỉlệphốitrộntốiưulàcơsởđểthựchiệnthínghiệmliêntục. Thí nghiệm liên tục
trong

mơ

hình

Pilot

1000

lít

được

thực

hiện

dựa

trên


tỉ

lệphốit r ộ n c ủ a t h í n g h i ệ m t h e o m ẻ , c h o p h é p x á c đ ị n h l ư ợ n g k h í b i o g a s v à t
h à n h phần khí biogas, xác định được thông số vận hành tối ưu - tải lượng hữu cơ tối
đanạpvàohệvàchấtlượnghỗnhợpbùn bểtựhoạivàchấtthảithựcphẩmsauxửlý.
Kếtq uả thựcnghiệ m củathí nghiệmt h e o mẻ đượcs ử dụ ng để nghiê ncứ
umơphỏngqtrìnhphânhủykỵkhíbùnbểtựhoạivàchấtthảithựcphẩmbằngbằng phần mềm GPS-X.Kết quả
phần mềm GPS-X cho phép xác định được cácthông số đặc trưng hệ số phân hủy
nội sinh kdcủa bùn bể tự hoại và chất thải thựcphẩm bằng phương pháp sinh học kỵ
khí ở chế độ lên men nóng. Từ đó giúp choviệctínhtốn,thiếtkếđượccơng
trìnhtrongnhàmáyxử lýchấtthải.
Thảo luận,nhậnxétkếtquảnghiêncứu vàkếtluận
5. PHƢƠNGPH ÁP NG H IÊN C Ứ U
Phươngphápnghiên cứutổnghợptàiliệu.


Thu thập tài liệu liên quan về thành phần, tính chất, các phương pháp xử
lýbùnbểtự hoại,ráchữucơ…
Phươngpháp nghiêncứulýthuyết
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết q trình xử lý kỵ khí chất thải trong các chế
độlên menấmvà lênmennóng.
Phươngphápnghiêncứuthựcnghiệm
Khảo sát, lấy mẫu, đo đạc một số thơng số ngồi hiện trường, phân tích
tínhtốnvàtổnghợpcácsốliệuthuđược.
Tiến hành thí nghiệm theo mẻ và thí nghiệm liên tục, xử lý kết hợp bùn bể
tựhoạivàchấtthảithựcphẩm.
Thí nghiệm theo mẻ thực hiện trong phịng thí nghiệm với 2 hệ thí
nghiệm(mỗi hệ thí nghiệm gồm 6 bình dung tích 500ml) ở chế độ lên men ấm
(35oC) và lênmennóng(55oC) với các tỉ lệ phối trộn khác nhau giữa bùn bể tự hoại và
chất thảithựcphẩm.

Thí nghiệm liên tục ở chế độ lên men nóng (55 oC)được thực hiện trong
mơhìnhPilot1000lvớitỉlệphốitrộntốiưutừthínghiệmtheomẻ.
Phươngphápsửdụngmơhìnhtốnhọcđểmơphỏng
Các kết quả thí nghiệm theo mẻ được sử dụng để chạy phần mềm GPS-X
mơphỏngqtrìnhxửlýkỵkhíkếthợpgiữabùnbểtựhoạivàchấtthảithựcphẩmởchế độ lên men nóng, để xác
định thơng số động học cơ bản của bùn bể tự hoại vàchấtthảithực phẩm.
Phươngphápsosánh, phântích
So sánh xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở hai
chếđộ lên men ấm và lên men nóng. Phân tích, nhận xét kết quả thu được. So sánh
vớicácnghiêncứuphânhủykỵkhísinhmetancủa các nghiêncứu khác.
Phươngpháp thốngkê–xácsuất
Ápdụngphươngpháp thốngkê,xácsuất đểxửlýkếtquảthuđược.
Phươngpháptổnghợp
Tổnghợp, liênkết cácthơngtinlạivới nhaumộtcáchcóhệthống.
Phươngpháp chungia


Tham khảo ý kiến, kinh nghiệm của các chuyên gia có chun mơn sâu
vềlĩnhvựcliênquan.
6. CƠ SỞ KHOA HỌC, TÍNH MỚI VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN
ÁNCơsở khoahọc
Chất thải thực phẩm giàu cacbon có tiềm năng sinh khí metan cao, có thể
xửlý bằng phương pháp sinh học kỵ khí để tận thu năng lượng và phân bón. Để xử
lýrác hữu cơ bằng phương pháp kỵ khí, cần kiểm sốt tốt q trình bằng cách
điềuchỉnhtảilượng nguyênliệunạpphùhợp,tiềnxửlý,...
Bùn bể tự hoại giàu Cacbon nhưng đồng thời có hàm lượng Nitơ rất cao,
nếuxử lý riêng biệt bùn bể tự hoại bằng phương pháp sinh học kỳkhí khó đạt hiệu
suấtcao.
Chất thải thực phẩm và bùn bể tự hoại đều là các dịng chất thải giàu hữu
cơ,có tiềm năng sinh khí biogas để thu hồi năng lượng lớn. Chất thải thực phẩm

giàunguồnC,trongkhibùnbểtựhoạilạigiàunguntốdinhdưỡngN.Việckếthợ
phainguồnthảinàyđểxửlýbằngphươngpháplênmenkỵkhílàhợplýđểtốiưuhóa việc cân bằng các ngun tố
trong q trình xử lý và thu hồi khí biogas. Việc bổsungchấtthảithựcphẩmvàobùnbểtựhoạivớitỷlệ
thíchhợpchophéptănghàmlượng metan trong sản phẩm khí biogas thu được, hệ hoạt động
ổn định hơn, dễ sinhkhímêtanhơnvàchophépqtrìnhkhởi độngbểkỵkhíthuậnlợihơn.
Việc xử lý kết hợp các chất thải khác giàu hữu cơ, giàu vi sinh vật sẽ tạo
điềukiệnthuậnlợichoqtrìnhphânhủyvàđạthiệusuấtxửlýcaohơn.Qtrìnhxửlý
kỵkhíđồngthờihỗnhợpbùnthơtừlắngIvàbùnhoạttínhdưtrongtrạmxửlýnước thải với chất thải thực phẩm đã
được nghiên cứu và khẳng định tại Đức, NhậtBản và nhiều nước khác trên thế giới.
Khí

biogas

thu

gom

được

từ

q

trình

xử

lýđượctậndụngvàosảnxuấtnănglượngđiệnnănghoặcnhiệtnăng.
Ở các đơ thị Việt Nam, bùn bể tự hoại và rác hữu cơ từ các đô thị hàng
ngàythải ra với một lượng rất lớn. Tuy nhiên chưa có biện pháp xử lý hữu hiệu để

đảmbảo an tồn về mặt vệ sinh và mơi trường. Biện pháp xử lý hiện nay chủ yếu là
chônlấpgâyquátảibãi chônlấp,đồngthờigâyônhiễmmôitrường.


Qtrìnhphânhủyhỗnhợpbùnbằngphươngphápkỵkhígặpphảinhữngvấ
nđềvềhiệu suất vàđộ ổn định,mộttrongnhững ngun nhânchính là dobùn
bểtựhoạicóchứahàmlượngNitơ(N)lớn.Giảiphápchokỹthuậtnày
làtrộnráchữucơgià u C a c b on và ob ùn để tạ om ơi tr ườ ng t h í c h h ợ p c h oq uá tr ìn h
xử l ý k ỵ khí.Cácnghiêncứutrướcđâyđãchỉrahướngđitiềmnăngđểxửlýchấthữucơ,
đólàphươngphápphânhủykỵkhíđểphânhủychấthữucơvàthuhồimêtan.Xửlý kết hợp
bùnbểtựhoạivàráchữucơbằngphươngphápsinhhọckỵkhítạomơitrường phân hủy, quẩn thể vi sinh vật
tốt hơn do trong bùn bể tự hoại có sẵn hệ visinh vật kỵ khí, gấp nhiều lần trong rác
hữu cơ. Đối với xử lý kỵ khí chất thải có 2chế độ lên men: lên men ấm và lên men
nóng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ raq trình xử lý kỵ khí chất thải ở chế độ
lên men nóng có nhiều ưu điểm hơn chế độlênmenấm:sẽtạoranhiềukhíbiogas,rútngắnthờigianphânhủy,
đồngthờitiêudiệt hết các mầm bệnh. Chất thải sau xử lý có thể được tận dụng làm phân
bón chocâytrồng.
Vì vậy, luận án này tiến hành nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và
ráchữu cơ (lấy chất thải thực phẩm làm đại diện) bằng phương pháp sinh học kỵ
khí ởchếđộ lênmen nóngđểxử lýchấtthảivàthuhồitàinguyên.
Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễn
Ýnghĩakhoahọc
Nghiên cứu cho thấy việc xử lý kết hợp chất thải thực phẩmv à b ù n b ể
t ự hoại đảm bảo q trình sinh khí biogas diễn ra ổn định, cho hiệu suất xử lý
theoCOD cao hơn nhiều so với chỉ xử lý riêng bùn bể tự hoại.K ế t q u ả
n g h i ê n c ứ u đ ã cho thấy thành phần, tính chất của bùn bể tự hoại, của chất
thải thực phẩm và khảnăng sinh khí biogas của chúng khi xử lý kỵ khí. Bùn bể tự
hoại có giá trị COD cao(dao động 12.600-79.500 mg/l), tỉ lệ VS/TS 63%-82%; chất
thải thực phẩm có CODdaođộng118.450-241.000mg/l,tỉlệVS/TSdaođộng79%-95%,chothấyhailoạichất thải
trên có khả năng phân hủy bằngp h ư ơ n g p h á p s i n h h ọ c k ỵ k h í . T ỉ

l ệ COD/Ncủabùnbểtựhoạ idao động9-18/1, chấtthảithựcphẩ m cótỉlệCOD/
Ncaohơn,từ85-179/1.Theomộtsốnghiêncứu,đểbểphảnứnghoạtđộngổnđịnh,tỉlệCOD/Nlà70-200/1[86]. Do vậy, xử
lý
kết
hợp
hai
nguồn
này
để
tạo
mơi
trườngthuậnlợichoqtrìnhxửlýkỵkhílàcáchtiếpcậnhợplý.Trongthínghiệmtheo


mẻ ở chế độ lên men nóng, khi xử lý kết hợp hai nguồn chất thải nói trên, hiệu
suấtxửlýtheoCODvớitỉlệphốitrộnbùnbểtựhoại:chấtthảithựcphẩm khácnha
udaođộng42,7%-86,2%sovớixửlýriêngbùnbểtựhoạichỉđạt24,9%.Trongthínghiệm liên tục xử lý kỵ khí ở
chế độ lên men nóng,tỉ lệ phối trộn tối ưu bùn bể tựhoại:chất thải thực phẩm theo
thể tích 9:1 (tương ứng tỉ lệ phối trộn theo COD 1:1)cho hiệu suất xử lý theo COD
đạt 58%-75%.Kết quả nghiên cứu cũng đã khẳngđịnh sự phù hợp của cách tiếp cận
này,
có
thể
xử
lý
kết
hợp
bùn
bể
tự

hoại
và
ráchữucơ,thuhồikhíbiogasởchếđộlênmennóng.
Nghiên cứu đã chỉ ra ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất
thảithực phẩm tới lượng khí metan sinh ra, hiệu suất sinh khí metan. Cụ thể nghiên
cứuđã xác định đượctỉ lệphối trộn bùn bể tự hoại:chất thảit h ự c p h ẩ m t ố i
ư u t ư ơ n g ứng theo COD là 1:1, theo tỉ lệ thể tích là 9:1 cho hiệu suất sinh khí
metan cao nhấtđạt 80%. Với tỉ lệ phối trộn tối ưu theo COD 1:1, theo thể tích 9:1,
lượng khí metansinhraởchếđộlênmennónglà264-278 Nml/gCOD.
Kếtquảnghiêncứuchothấymốiquanhệgiữalượngkhíbiogassinhravàtải
lượng hữu cơ nạp vào bể. Bể phản ứng pilot vận hành với tải lượng hữu cơ 0,5-2kgCOD/
m3.ngày,hoạtđộngổnđịnhvớitảilượnghữucơtốiưu1,5kgCOD/m3.ngày,lưulượngnạpvà
o40l/ngàytươngứngtảitrọngthủylực57l/m 3/ngày.Tỷ lệ sinh khí metan tối ưu là
57,8%.K ế t q u ả n g h i ê n c ứ u n à y t ư ơ n g đồng với một số nghiên cứu
khác trên Thế giới xác định đối với bùn hoạt tính từtrạm xử lý[38],[61].Ngưỡng
COD hịa tan lớn nhất của bể là 2 kgCOD/m 3.ngày,phù hợp với các báo cáo của
Hech và Griehl (2009) khi thí nghiệm trên chất thảithực phẩm[76]. Mức giá trị này
thấp hơn so với giá trị trong các tài liệu tổng quancủa Chernicharo[52]trong khoảng
2,5 8 gCOD/L.ngày do hệ vi sinh bổ sung vàomơ hìnhthínghiệmchưathậtổnđịnh.
Xác định thơng số động học quá trình phân hủy và xử lý số liệu bằng
phầnmềm GPS-X mơ phỏng q trình phân hủy kỵ khí, xác định đượch ệ s ố
p h â n h ủ y nội sinh kdcủa bùn bể tự hoại là 0,4 (1/ngày), và k dcủa chất thải thực
phẩm là 1,0(1/ngày).Kết quả hệsố phânhủy nội sinh của chấtthải thực phẩmn ằ m
t r o n g khoảng giá trị của kết quả nghiên cứu đối với chất thải thực phẩm k ddao
động 0,1-10 (1/ngày) với thí nghiệm liên tục trong 234 ngày, thực hiện trên 51 mẫu
chất

thảithựcphẩm,thờigianlưuthủylực20-25ngàyvớitảilượnghữucơ2-11gCOD/l/

ngày[119].



Ýnghĩathựctiễncủa luậnán
- Kết quả nghiên cứu đã cho thấy cách tiếp cận xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự
hoạivới chất thải thực phẩm ở chế độ lên men nóng hồn tồn khả thi và có một số
ưuđiểmsau:
Xửlýđượcbùnbểtự hoại,giảmnguycơgânhiễmmơitrường.
Xử lý được rác hữu cơ,m ộ t

trong

những

nguyên

nhân

c h í n h g â y ô n h i ễ m mơi trường, giảm diện tích bãi chơn lấp, giúp bảo vệ
môi trường và sức khỏe cộngđồng.
Thu hồi được tài nguyên. Khí biogas sinh ra từ q trình xử lý kỵ khí
đượctận thu sử dụng làm nguồn năng lượng sử dụng cho phát điện hoặc nhiệt năng.
Bêncạnh đó, tận dụng được các chất dinh dưỡng trong bùn sau xử lý làm phân bón
chocâytrồng.
- Việc xử lý kết hợp các loại chất thải đơ thị, bên cạnh tăng hiệu suất của q
trìnhxử lý, cịn cho phép tận dụng các cơng trình của hệ thống hạ tầng kỹ
thuật,nâng caohiệuquảkhaitháccáccơngtrìnhđó.
- Kết quả nghiên cứu cũng đóng góp phần quan trọng, làm cơ sở tham khảo khi
thiếtkếvàvậnhànhcáchệthốngxửlýchấtthảiđơthị.Cácthơngsốđộnghọcxácđịnhđược từ nghiên cứu cho phép
áp dụng để tính tốn, thiết kế bể phản ứng và các cơngtrìnhcủahệthốngxử lýchấtthải.
- Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong định hướng quy hoạch, lựa

chọncôngnghệxử lýchấtthải rắnvàbùn cặn cho các đơ thịởViệtNam.

Tínhmớicủaluậnán
-

Đây là nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam xây dựng cơ sở dữ liệu về quá
trìnhphân hủy kỵ khí ở chế độ lên men nóng 55 oC với hỗn hợp bùn bể tựhoại
vớichấtthảithựcphẩmtrongđơthịđểthukhímetan,chấtlượngsảnphẩmhỗnhợp bùn sau xử lý đảm bảo
tiêu diệt hết mầm bệnh, phục vụ cho mục đíchlàmphânbón táisử
dụngtrongnôngnghiệp.


-

Xác định được tỉlệ hỗn hợpbùn bểtự hoại:chất thảit h ự c p h ẩ m t ố i ư u
đ ố i với thành phố Hà Nội là 9:1 theo thể tích, (tương ứng tỉ lệ 1:1 theo COD)
chohiệus u ấ t s i n h k h í m e t a n c a o n h ấ t , đ ạ t 8 0 % ở c h ế đ ộ l ê n m e n n ó n
g , c h o lượngkhímetandaođộng264-278NmlCH4/gCOD.

-

Xây dựng được mối quan hệ giữa lượng khí metan thu được và tải lượng
hữucơ:Bểphảnứngkỵkhíhoạtđộngổnđịnhvớitảilượnghữucơlà1,5kgCOD/m3.ngày, với lượng khí
metan

trong

hỗn

hợp


khí

biogas

đạt

57,8%,

vớihiệusuấtxử

lýtheoCODđạt75%.
-

Đãứngdụngphần mềmGPSXđểmơ phỏngqtrình phâ nhủy kỵkhíở chếđộlênmennóngđểxácđịnh
hệsốphânhủynộibàok d=0,4(1/ngày)đốivớibùnbểtựhoạivàkd= 1,0 (1/ngày) đối
với

chất

thải

thực

phẩm,

tạođiềuk i ệ n c h o ứ n g d ụ n g t í n h t o á n t h i ế t k ế c ô n g n g h ệ p h â n h ủ y kỵk h ớ
h n hpbựnbt hoiv chtthithc phm.

7. BCCCALUNN

Nộidungcalunỏngmcỏcchngsau:
Mu
Chng1:Tngquanvslng,thnhphn,tớnhchtcabựnbthoi,rỏch
uc
Chng2:Cskhoahcxlýchtthihuc(bựnbthoivrỏchuc)bngph
ngphỏpphõnhykkhớchlờnmennúng
Chãơng3:Nghiờncuthcnghim vktqu
Kt luận và kiến
nghịTàiliệuthamkhảo
Các cơng trình nghiên cứu đã cơng bố của tác giả có liên quan đến luận
ánPhụlục


CHƢƠNG1:TỔNGQUANVỀSỐLƢỢNG,
THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÙN BỂ TỰ HOẠI, RÁC HỮU
CƠ;CƠSỞLÝTHUYẾTQTRÌNHPHÂN HỦYKỲKHÍ

1.1. SỐLƢỢNG,THÀNHPHẦN,TÍNHCHẤTCỦABÙNBỂTỰHOẠI
1.1.1. Tổngquanchungvềbểtựhoạivàlƣợngbùnphátsinh
Nướcthảis i nh ho ạ tc ủa hộ gi a đ ìn hđ ượ c chia ralà m ha iloạ ichính:nước
đenvànướcxám.Nướcđenlànướcthảitừnhàvệsinh;cịnnướcxámlànướcthảitừ q trình tắm, rửa bếp, rửa
sàn,... Trong dòng nước đen từ các khu vệ sinh, lượngcặn thải ra theo đầu người
thường dao động trong khoảng 100-400g trọng lượngướt/người.ngày, tùy theo tập
quán sinh hoạt và chế độ dinh dưỡng[1].Bể tự hoạithường được xây dựng tại các hộ
gia đình và cơng trình cơng cộng, văn phịng,...cóchứcnăngxửlýsơbộnướcthảisinhhoạttrướckhixảra
mạnglướithốtnướcđơthị (Hình 1.1). Quá trình xử lý trong bể tự hoại bao gồm q trình
lắng và phân hủykỵ khí. Các chấthữu cơ trong nước thảivà bùn cặnđã lắng,chủyếu
là cáchydratcacbon, đạm, béo,... được phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí. Nhờ
vậy, cặnlên men, bớt mùi hơi, giảm thể tích. Chất khơng tan chuyên thành chất tan
và chấtkhí (chủ yếu là CH 4, CO2, H2S,...). Trong bể thường được chia 3 lớp: lớp

váng phíatrên,lớpnướcởgiữavàlớpbùndướiđáybể(Hình1.2).
Mơ hình bể tự hoại đầu tiên do kỹ sư Fosse Mouras phát minh tại Pháp
vàonăm 1860. Sau đó bể tự hoại được du nhập vào nước ta cùng với người Pháp
vàonhững năm cuối thế kỷ 19. Hiện nay bể tự hoại được sử dụng rộng rãi tại các đô
thịcủa Việt Nam và trong tương lai bể tự hoại vẫn cịn tồn tại song song với hệ
thốngthốtnướctạicácđơthịcủaViệtNam.


Nƣớc thải sinh hoạt

Nước đen

Bể tự hoại
Nước xám

Nư ớc mưa

Nƣớc thải công nghiệp, dịch vụ

Trạm xử lý nƣớc thải tập trung

HTTHNTcThuNncghung

Giếng tách nước mưa

Sơng

Hình1.1.Vịtríbểtựhoạitrongsơđồhệthốngthốtnƣớcchung.(Nguồn:
[15]).
Cửa hút cặn


Nước vào bể
Lớp váng
Nước ra bể
Vùng lắng

Bùn

Hình1.2.Cấutạocủabểtựhoại
Hàng năm, lượng bùn bể tự hoại được cơng ty URENCO hoặc các công ty
tưnhânthugom,vậnchuyểnvàxửlý.Mộtsốđềtàinghiêncứuđãthuthậpthôngtinvề lượng bùn bể tự hoại phát
sinh

và

lượng

bùn

bể

tự

hoại

được

thu

gom


cácthànhphốlớnnhưthànhphốHàNội,thànhphốHồChíMinh,HảiPhịng,.Bảng

tại


tổng hợp 1.1 cho thấy tổng lượng bùn cặn bể tự hoại được hút hiện nay tại khu
vựcHà Nội là 189.000 m3/năm, tại thành phố Hải Phòng là 80.569 m 3/năm và tại
thànhphồ Hồ Chí Minh là 335.756 m3/năm[2]. Tại các thành phố khác như: Bắc
Ninh,Hịa Bình, Sơn La, Lạng Sơn và Bà Rịa, 94-100% các hộ gia đình sử dụng bể
tựhoại. Phần lớn bể tự hoại (73%) có tần suất hút trung bình 9,5 năm/lần[3’].
Lượngbùn bể tự hoại cần hút sẽ tăng nhanh trong 5-10 năm tới do lượng bùn tích
lũy trongcácbểtựhoại.Mỗithànhphốcóbiệnphápxửlýbùnbểtựhoạikhácnhau.Tạithành phố Bắc Ninh phân
bùn được đưa ra bãi chôn lấp, một phần tư nhân hút vàthải trực tiếp ra môi trường.
Tại Sơn La, bùn bể tự hoại được xử lý sơ bộ và được sửdụnglàmphânbónchocâytrồng.Đốivới
thành

phố

Bà

Rịa,

phân

bùn

được

xử


lýlàmcomposthoặcđưa ra bãi chônlấ p.S ố liệuthốngkê chothấ ykhốilượngbù
ncặnbểtựhoạiđượchúthiệnnaylàrấtlớn.Biệnphápxửlýbùnbểtựhoạihiệnnaychủy ế u l à c h ô n l ấ p .
Nếu lượng bùn cặn bể tự hoại này không được xử lý
s ẽ l à nguồn ô nhiễm môi trường; là nguồn phát tán các mầm bệnh, ảnh hưởng
đến sứckhỏe cộng đồng[110]. Tuy nhiên, nếu lượng bùn cặn bể tự hoại này được xử
lý sẽcho phép thu hồi một lượng tài nguyên đáng kể là khí biogas phục vụ sản xuất
điệnnăng,nhiệtnăngvàbùnsau xử lýcó thểđược sửdụnglàmphânbónchocâytrồng.
Bảng1.1.Lƣợngbùnbểtựhoạic ầ n húttạicácthànhphốlớn
STT

Thơngsố

HàNội

Hải

TPHồ

Phịng

ChíMinh

1

Sốhộgiađìnhtrongthànhphố

430.638

218.795


1.017.019

2

Sốhộgia đìnhsửdụnghốxítựhoại

430.638

218.795

1.017.019

3

Sốbểtựhoại đượchút mỗinăm

103.138

87.124

508.916

4

Tầnsuấthúttrung bình,năm

6,2

4,4


4,4

280.376

166.466

894.087

189.000

80.569

335.756

5
6

Tổngkhối lượngbùnbểtựhoạicần
hútP1, m3/năm
Tổnglượngbùnđược húthiệnnay,
m3/năm

(Nguồn:[2])


1.1.2. Thànhphần,tínhchấtbùnbểtựhoại
Thành phần và tính chất của bùn bể tự hoại rất khác nhau, tùy thuộc vào
cácyếu tố như: loại nước thải được xử lý, kích cỡ và cấu tạo thiết kế bể, chế độ
sinhhoạt,dinhdưỡngcủangườisửdụng,chếđộhút,khíhậu vàthờitiết,...

Bùn bể tự hoại có hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao như
nitơ,phốtpho dễ sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên, trong bùn cặn
chứanhiềutrứnggiunsán,vikhuẩndễgâybệnh.Nhiềutàiliệu,nghiêncứuđãthuthậ
pvàcơngbốcáckếtquảnghiêncứuvềcácchỉtiêuđặctrưngcủabùnbểtựhoại.Thành phần tính chất của bùn bể tự
hoại tại một số nước được trình bày trong bảng1.2.
Bảng1.2.Thànhphần,tínhchấtbùnbểtựhoạitạimộtsốnƣớc
STT Chỉtiêu

Đơnvị

Mỹ1

ChâuÂu,

Nhật

Thái

Việt

Bản1
7-9

Lan1
7-8

Nam2
6,9-7,2

1


pH

-

-

Canada1
-

2

TS

mg/l

34.106

33.800

3

VS

mg/l

23.100

31.600


4
5
6

COD
TổngN
TổngP

mg/l
mg/l
mg/l

31.900
588
210

25.000- 5.00032.000 25.400
3.300-

28.975

8.000-

1.067

15.000
3.500-

155


7.500
800-

4.30032.000
2.860-

19.300 22.400
5.000- 12.60032.000
-

79.500
909-

-

4.700
82-678

1.200
Ghichú:
1:Nguồn:[1].
2: Kết quả phân tích bùn bể tự hoại tại thành phố Hà Nội, Việt Nam năm 2010.
(Kếtquảphântíchbùn bểtựhoạithànhphố HàNội,thamkhảoPhụlục1,bảng1 . 1 ) .
Bảng 1.2 cho thấy giá trị COD của bùn bể tự hoại cao và có sự dao động
lớn.Tổng Nvà Ptrongbùn bể tự hoạikhá cao.Tỉ lệ COD/N của bùnb ể t ự h o ạ i
d a o độngtrongkhoảng918/1.CODcủabùnbểtựhoạicủaViệtNamcósựdaođộng


rất lớn từ 12.600 mg/l đến 79.500 mg/l. Các giá trị max cao hơn so với giá trị
CODphântíc h tạ ic á c nư ớ c khá c ( C O D c ủ a bù n bể tự h o ạ i t ạ i cá c nư ớ c khá c t ừ5

00 032.000 mg/l). Giá trị VS của bùn bể tự hoại khá cao, dao động trong khoảng lớn
từ2.860-22.400 mg/l. Tỉ lệ VS/TS của bùn bể tự hoại tại Việt Nam dao động
trongkhoảng 63%-82% chứng tỏ bùn bể tự hoại có khả năng phân hủy bằng phương
phápsinhhọc.
1.1.3. Cácphƣơngphápxửlýbùnbểtựhoại
Trên thế giới có nhiều cơng nghệ được áp dụng để xử lý bùn bể tự hoại
như:sân phơi bùn, bãi lọc trồng cây, ủ kỵ khí (ủ riêng hoặc kết hợp với chất thải
thựcphẩm), compost hoặc hết hợp các loại trên (Hình 1.3). Mỗi cơng nghệ xử lý
bùn bểtự hoại có những ưu, nhược điểm riêng (Bảng 1.3). Trong các biện pháp xử
lý bùnbể tự hoại, biện phápx ử l ý b ù n b ể b ằ n g c h ô n l ấ p k h ô n g
tận

dụng

được

các

n g u ồ n tài nguyêntrong bùn cặn, khơng tạo ra

sảnphẩm mà cịng â y q u á t ả i c á c b ã i c h ô n lấp và gây ô nhiễm môi
trường.Các

biệnpháp

xử

lý

bùnb ể


tự

hoại

khác

hầu

h ế t đềutạora sả nphẩmlà phâ n bónchocâ ytrồng.R i ê n g biệnphá p xử lý b ùn b
ểtựhoạikếthợpvớichấtthảithựcphẩmtrongđiềukiệnkỵkhícónhiềuưuđiểmhơncả: sản phẩm khơng chỉ là
phân bón cho cây trồng mà cịn tạo ra sản phẩm là nănglượng khí biogas phục vụ
cho sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng.H i ệ n n a y , t r ê n thế giới các nguồn
nhiên liệu ngày một cạn kiệt, việc xử lý bùn cặn để tái sử dụnglàm khíb i o g a s
c ầ n đượcđẩymạnhđểhướng tớipháttriểnbềnvững.


Chấtthải

Cơngnghệ
Nhómphươn
gphápxửlý

Sảnphẩm

Bãi chơn lấp
Sân phơi bùn

Nhiên liệu để đốt


Phương pháp cơ học
Bể nén bùn
Bãi lọc trồng cây

Phân bón

Bùn bể tự hoại
Hồ sinh học ổn định bùn
Phương pháp sinh học
Ủ compost với CTTP
Điện năng
Xử lý kỵ khí với chất thải

Khí Biogas
Nhiệt năng

Hình1.3. Cácbiệnphápxửlýbùnbểtựhoại
Bảng1.3. Bảngthốngkêcácbiệnphápxửlýbùnbể tựhoại
Phƣơngpháp

Cơngnghệ

Ƣuđiểm

Nhƣợcđiểm

xửlý
Sânphơibùn
Phƣơngphápc
ơhọc

Bể

Đơn
giảnGiáthàn
hrẻ
lắng/nén Thicơngđơngiản

bùn
Bãi lọc
trồngcây
Hồsinhhọcổn
địnhbùn

Đơn
giảnGiáthàn
hrẻ
ucầubảotrìthấp

Tốndiệntích
Ơnhiễ mmơitrườ ng kh
ơngkhí
Ơn h i ễ m m ơ i t r ư ờ
ng
khơngkhí
Tốndiệntích
Ơnhiễ mmơitrườ ng kh
ơngkhí
Tốndiệntích
Ơn h i ễ m m ơ i t r ư ờ
ng



khơngkhí
Ủcompostcùngc -Sảnphẩmtạothànhđược - Vậnhànhphứctạp(tỷ lệ
hấtthảithựcphẩm sử
dụng
làm phối
trộn
bùn
phânbónchocâytrồng
bểtựhoại:chấtthảithựcp
hẩm;sụckhív à o đốngủ..
.),
- Chưa
tiêu
diệt
Phƣơngphápsi
đượctriệtđểmầmbệnh.
nhhọc
- Tốnnăngl ư ợ n g đ ể
sụckhí.
Xửlýkỵkhíkếth
ợpv ớ i bùntừtrạm
xửlýnướcthải,ch
ấtthảithựcphẩm
,...

- Tạo ra năng lượng: - Cơng nghệ cịn
khíbiogas để sản xuất mới,cầnnghiêncứul à
điệnnănghoặcnhiệtnăng.

m chủcơngnghệ.
- Sảnphẩmsauxửlýđược
sử
dụng
làm
phânbónchocâytrồng.

1.2. SỐLƢỢNG,THÀNHPHẦN,TÍNHCHẤTCỦARÁCHỮUCƠ
1.2.1. Nguồnphátsinhvàlƣợngphátsinhchấtthảirắn(CTR)
Chất thải rắn là chất thải ở thể rắn, được thải ra từ quá trình sản xuất,
kinhdoanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác. Chất thải rắn bao gồm chất
thảirắnthông thường vàchất thải rắnnguyhại.
Chấtthảir ắ ns i n h hoạtc hiế mtỷ lệl ớ n t r o n g c hấ t thả irắ n ở đô t h ị. L ượ ng
chấtthảirắnsinhhoạt(phátsinhchủyếutừcáchộgiađình,cáckhutậpthể,chấtthải đường phố, chợ, các trung tâm
thương

mại,

văn

phịng,

trường

học,...)

chiếm60-

70%lượngchấtthảirắnphátsinh.Thựctếchothấy,tổnglượngCTRsinhhoạtởcácđơt
hịphátsinhtrêntồnquốctăngtrung bình10-16%mỗi năm[24].

Theo dự báo của Bộ Xây dựng và Bộ Tài nguyên và Môi trường, đến
năm2015, khối lượng CTR phát sinh ước tính khoảng 42 triệu tấn/năm (Bảng 1.4).
Dựbáotỷtrọngchấtthảirắnđơthịsẽtăngdầncùngvớiqtrìnhđơthịhóa.Tỷtrọng


chất thải rắn đô thị năm 2008 chiếm 45,9% và dự báo đến năm 2015, tỷ trọng
chấtthảirắnđô thịtănglên50,8%[24].
Bảng1.4.CTRđôthịphátsinhcácnămtạiViệtNamvàchỉsốp
hátsinhchấtthảirắn
Nộidung

2008

2009

2010

2015

2020

2025

Dânsốđô thị

27,7

25,5

26,2


35

44

52

28,99

29,74

30,2

38

45

50

0,85

0,95

1,0

1,2

1,4

1,6


(triệungười)
%d â n s ố đ ô t h ị
sovớicảnước
Chỉsốphátsinh
CTR

đô

thị

(kg/người/ngày)
Tổng

20.849 24.225 26.224 42.000 61.600 83.200

lượngCTRđôthị
phát
sinh(tấn/ngày)
(Nguồn:[24]).
Tại các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, nơi
cótốc độ đơ thị hóa cao, lượng chất thải rắn đơ thị phát sinh rất nhanh và chiếm tỷ
lệlớn trong tổng lượng chất thải rắn đơ thị phát sinh tồn quốc. Chỉ tính riêng hai
đôthị đặc biệt (Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh), lượng CTR đơ thị phát sinh
đãchiếm trên 45% lượng chất thải rắn đơ thị phát sinh tồn quốc[24].Lượng CTR
đôthịn g à y càngt ă n g d o s ố l ư ợ n g d â n c ư d i c h u y ể n t ừ n ô n g t h ô n r a t h à n h t h ị n
g à y càngtăngbởiqtrìnhđơthịhóacao,domứcsốngngàycàngcao.ChỉsốphátsinhCTRđơthịbìnhqnđầungườităngtheomức
sống.Năm2008,chỉsốCTRsinhhoạt phát sinh bình qn đầu người tính trung bình cho các đơ
thị trên phạm vi tồnquốc vào khoảng 0,85 kg/người/ngày, tăng lên 1,1
kg/người/ngày vào năm 2013.Ước tính lượng CTR đơ thị trung bình ở Việt Nam

năm 2015, 2020 và 2025 tươngứngvàokhoảng1,2;1,4và1,6kg/người/ngày[24].
Cùng với sự gia tăng dân số, sự phát triển kinh tế và chất lượng cuộc
sốngđượcnângcao,lượngchấ tthảirắntạoracũngsẽtănglên.Kếtquảdựbáolượ
ng


CTRp h á t s i n h b ả n g 1 . 4 c h o t h ấ y : l ư ợ n g C T R đ ô t h ị n ă m 2 0 1 5 t ă n g g ấ p 1 , 6 l ầ
n , năm 2020 gấp 2,3 lần và năm 2025 gấp 3,2 so với năm 2010. Đây sẽ trở thành
mốiđedọanghiêmtrọngđốivớicácbãichônlấp vàônhiễm môitrường.
Đối với thành phố Hà Nội, khối lượng CTR trên địa bàn Thủ đơ tăng
trungbình 15% năm. Tổng lượng CTR sinh hoạt của Hà Nội chiếm 68,7% tổng
lượng rácthải của thành phố. Tính bình qn lượng chất thải sinh hoạt tạo ra trên
đầu người là1.1-1.2kg/ngày[ 2 5 ] .
1.2.2. Thànhphần,tínhchấtcủachấtthảirắnđơthị
Thành phần CTR sinh hoạt phụ thuộc vàođ i ề u k i ệ n s ố n g , t h u
n h ậ p , p h o n g tục tập quán,... khác nhau giữa các đô thị. Tại một số đô thị lớn,
số liệu thành phầnCTR sinh hoạt tại các bãi chôn lấp cho thấy thành phần rác hữu
cơ rất cao, chiếm53,8-68,5%tổnglượngrácthảisinhhoạtđôthị[24]( B ả n g 1 . 5 ) .
Bảng 1.5. Thành phần CTR sinh hoạt tại đầu vào của các bãi chơn
lấpcủamộtsốđịaphƣơngnăm2010
Đơnvị:(%)
STT

Loạichấtthải

HàNội(N Hà
Hải
HảiPhịng( ĐàN ẵ n g ( HCM
amSơn)
ĐìnhVũ)

HịaKhánh) (ĐaPh
Nội(Xn Phòng(Tràng
ước)
Sơn)
Cát)
53,81
60,79
55,18
57,56
68,47
64,5

1

Ráchữucơ

2

Giấy

6,53

5,38

4,54

5,42

5,07


8,17

3

Vải

5,82

1,76

4,57

5,12

1,55

3,88

4

Gỗ

2,51

6,63

4,93

3,70


2,79

4,59

5

Nhựa

13,57

8,35

14,34

11,28

11,36

12,42

6

Davàcaosu

0,15

0,22

1,05


1,9

0,23

0,44

7

Kimloại

0,87

0,25

0,47

0,25

1,45

0,36

8

Thủytinh

1,87

5,07


1,69

1,35

0,14

0,40

9

Sànhsứ

0,39

1,26

1,27

0,44

0,79

0,24

10

Đấtvàcát

6,29


5,44

3,08

2,96

6,75

1,39

11

Xỉthan

3,10

2,34

5,70

6,06

0,00

0,44


12

Nguyhại


0,17

0,82

0,05

0,05

0,02

0,12

13

Bùn

4,34

1,63

2,29

2,75

1,35

2,92

14


Cácloạikhác

0,58

0,05
100

1,46
100

1,14
100

0,03
100

0,14
100

Tổng

100
(Nguồn:[24]).

Đối với thành phố Hà Nội, tổng lượng chất thải rắn phát sinh tại thành
phốHàN ộ i ư ớ c t í n h 9 . 5 0 0 t ấ n / n g à y , t r o n g đ ó l ư ợ n g c h ấ t t h ả i s i n h h o ạ t l à
6.500tấn
[25]Tỉ lệ thành phần chất thải sinh hoạt chiếm 68,7% trong chất thải đô thị.
Thànhphần lượng rác hữu cơ chiếm tỉ lệ trung bình 57,3% trongchất thải rắn sinh

hoạt vàbiệnphápxử lýráchữucơchủyếuvẫnlàchơnlấp[24].
0.20%
20.60%

Chất thải sinh hoạt Chất thải xây dựng Chất thải công nghiệp
Chất thải y tế
10.60%

68.70%

Hình1.4.Thànhphần chấtthải rắnkhuvựcHàNội[ 2 5 ]
1.2.3. Xuhƣớngxửlý,thuhồitàinguntừCTRđơthị
1.2.3.1. Xử lýchất thảirắntrênthếgiới
Vấn đề ô nhiễm môi trường gây ra bởi chất thải rắn là vấn đề toàn cầu
trongnhững năm gần đây. Quản lý chất thải rắn bao gồm: giảm lượng chất thải rắn
hàngngày, tái sử dụng, táichế và xử lý rác thải.Các biện pháp xử lý rác thảih i ệ n
n a y baogồm:chơnlấp,ủcompost,xử lýkỵkhí,hóanhiệt,khíhóavàđốt(hình 1.5).
Tại một số nước châu Âu và châu Á đã ban hành các luật về quản lý CTR:
tạiĐức ban hành lệnh cấm chôn lấp chất thải có khả năng phân hủy sinh học
từ1/6/2005;tạiNauycấmchơnlấpchấtthảisinhhủytừnăm2011,tạiÚccấmchơn