ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƯỢNG
BIOGAS TỪ RÁC THỰC PHẨM SINH HOẠT,
CÔNG SUẤT 15 TẤN/NGÀY

SVTH: Phạm Thành Công 1811639
Đinh Chí Đạt 1811848

GVHD: Th.S Dương Thị Thành

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƯỢNG
BIOGAS TỪ RÁC THỰC PHẨM SINH HOẠT,

CÔNG SUẤT 15 TẤN/NGÀY

SVTH: Phạm Thành Công 1811639
Đinh Chí Đạt 1811848

GVHD: Th.S Dương Thị Thành

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021

ii

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án môn học, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, chúng
em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ Cô.
Chúng em gửi lời biết ơn sâu sắc đến cơ Th.S Dương Thị Thành đã hết lịng
hướng dẫn và giúp đỡ cho chúng em hồn thành đồ án mơn học này.
Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô của Khoa Môi trường và Tài nguyên,
Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức, kinh
nghiệm và những góp ý cho chúng em trong q trình học tập.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021
Sinh viên thực hiện

PHẠM THÀNH CÔNG
ĐINH CHÍ ĐẠT

iii

MỤC LỤC


LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................iii
MỤC LỤC ..........................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ..........................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH ..........................................................................................vii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................. 1

1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................. 1
1.2 Nội dung đề tài ........................................................................................... 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ RÁC THẢI SINH HOẠT .............................. 3
2.1 Đặc điểm rác thải sinh hoạt........................................................................3

2.1.1 Định nghĩa ........................................................................................... 3
2.1.2 Phân loại .............................................................................................. 3
2.2 Rác thải thực phẩm sinh hoạt ..................................................................... 5
CHƯƠNG 3: CÁC CÔNG NGHỆ THU HỒI NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI
THỰC PHẨM SINH HOẠT .......................................................................................... 6
3.1 Quá trình đốt .............................................................................................. 6
3.2 Quá trình phân hủy kị khí .......................................................................... 7
3.2.1 Định nghĩa ........................................................................................... 7
3.2.2 Các giai đoạn của quá trình ................................................................. 7
3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình .................................................... 8
3.2.4 Các quy trình cơng nghệ kị khí thu hồi biogas .................................... 9
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ...........................................................17
4.1 Các hệ thống đã áp dụng trên thực tế.......................................................17
4.1.1 Sơ đồ công nghệ 1 ............................................................................. 17
4.1.2 Sơ đồ công nghệ 2 ............................................................................. 18

iv

4.1.3 Sơ đồ công nghệ 3 ............................................................................. 19

4.1.4 Sơ đồ công nghệ 4 ............................................................................. 20
4.2 Lựa chọn sơ đồ cơng nghệ ....................................................................... 21
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ .................................................... 24
5.1 Bể tiền xử lý ............................................................................................. 24
5.1.1 Phân tích đầu vào...............................................................................24
5.1.2 Tính tốn bể ....................................................................................... 29
5.2 Tính bể kỵ khí hình trứng ........................................................................ 29
5.2.1 Tính lưu lượng bùn vào bể kỵ khí ..................................................... 29
5.2.2 Tính tốn bể ....................................................................................... 30
5.2.3 Tính năng lượng sinh ra.....................................................................31
5.2.4 Tính tốn ống thu bùn........................................................................33
CHƯƠNG 6: AN TỒN TRONG THI CÔNG, THIẾT KẾ ............................ 34
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 36
7.1 Kết luận .................................................................................................... 36
7.2 Kiến nghị .................................................................................................. 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 37

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Dữ liệu điển hình về phân tích thành phần của chất thải thực phẩm hữu
cơ được tìm thấy trong khu dân cư, thương mại và công nghiệp ................................... 5
Bảng 3.1: Các giai đoạn của q trình phân hủy kị khí ...................................... 8
Bảng 3.2: Ưu nhược điểm của công nghệ sản xuất phân kỵ khí theo một và hai
giai đoạn ....................................................................................................................... 11
Bảng 3.3: Tổng quan về đặc tính của cơng nghệ ướt một giai đoạn ................. 12
Bảng 3.4: Tổng quan về đặc tính của cơng nghệ khơ một giai đoạn ................ 13
Bảng 3.5: Tổng quan về đặc tính của công nghệ ướt đa giai đoạn ................... 14
Bảng 3.6: Tổng quan về đặc tính của cơng nghệ mẻ.........................................16
Bảng 5.1: Thành phần rác sinh hoạt .................................................................. 24

Bảng 5.2: : Cơng thức hóa học của rác thải hữu cơ sinh hoạt ........................... 25
Bảng 5.3: Tính khối lượng các nguyên tố hóa học trong CTR khơ và ướt ....... 25
Bảng 5.4: Tính số mol nguyên tố trong CTR bỏ qua phần tro .......................... 26
Bảng 5.5: Xác định tỉ số mol và CTHH của CTR có và khơng có nước .......... 26
Bảng 5.6: Tính khối lượng của từng nguyên tố trong rác ................................. 27
Bảng 5.7: Tính nhiệt trị của rác khô .................................................................. 28
Bảng 5.8: Thông số kỹ thuật nồi hơi đốt gas.....................................................29
Bảng 5.9: Thông số tính tốn bể........................................................................29

vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Thành phần rác thải tái chế ................................................................. 3
Hình 2.2: Thành phần rác thải vô cơ ................................................................... 4
Hình 2.3: Thành phần rác thải hữu cơ ................................................................. 4
Hình 3.1: Sơ đồ quá trình xử lý rác đơ thị bằng cơng nghệ phân hủy kỵ khí ... 10
Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ ướt liên tục một giai đoạn do Eco Technology JVV
OY phát triển ................................................................................................................ 17
Hình 4.2: : Sơ đồ công nghệ khô - liên tục một giai đoạn do hãng DRANCO, Bỉ
phát triển ....................................................................................................................... 18
Hình 4.3: Sơ đồ cơng nghệ ướt liên tục đa giai đoạn BTA ............................... 19
Hình 4.4: Sơ đồ cơng nghệ ướt liên tục đa giai đoạn TBW .............................. 20
Hình 4.5: Sơ đồ công nghệ lựa chọn ................................................................. 22

vii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề


Với nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao, ngành chế biến thực phẩm trở thành một
trong những ngành cơng nghiệp phát triển với những quy trình xử lý ngày càng nghiêm
ngặt, khoa học. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất và sau khi sử dụng, rác thải thực
phẩm nếu không được phân loại, xử lý đúng cách sẽ gây ơ nhiễm mơi trường, lãng phí
nguồn tài ngun. Ước tính mỗi năm có tới 100 triệu tấn rác thực phẩm được thải ra từ
các quá trình của ngành cơng nghiệp chế biến trên tồn thế giới. Trong q trình sản
xuất, chế biến thực phẩm, chất thải rắn nơng sản chế biến thường phát sinh từ các cơng
đoạn bóc gọt, rửa, luộc, cắt và từ các sản phẩm phụ như bã ép, vỏ. Còn giết mổ gia súc
gia cầm hay chế biến thủy hải sản thì nguyên liệu gần như được tận dụng hết và chỉ có
sinh khối nhầy, vây, lông và những phần thừa nội tạng. Đối với các loại rác thải phát
sinh từ hoạt động chế biến thực phẩm có nguồn gốc động vật, rủi ro về vệ sinh thường
lớn hơn, có nguy cơ cao gây ơ nhiễm mơi trường. Bên cạnh đó, cá, thịt gia súc và gia
cầm là những nguồn sản sinh rác thải thực phẩm có nguồn gốc động vật lớn nhất. Loại
rác này có hàm lượng protein rất cao nên khơng thể thải bỏ trực tiếp ra môi trường mà
chưa qua xử lý. Rác thải thực vật lớn nhất từ ngũ cốc, hoa quả và rau. Xã hội ngày càng
phát triển, nhu cầu sử dụng các đồ dùng đóng hộp, có sẵn của con người cũng gia tăng
đáng kể nên những chất thải từ ngành chế biến thực phẩm cũng ngày một tăng cao,
khiến cho việc xử lý trở nên phức tạp và kỳ công hơn. Không những thế, nếu ở khu vực
ngoại thành, rác thải thực phẩm được người dân tận dụng làm phụ phẩm nông nghiệp
hoặc thức ăn trong chăn nuôi thì ở nội thành, các hộ gia đình đều gom chung với rác
sinh hoạt. Khí metan từ rác thải thực phẩm tạo ra 3,3 tỉ tấn khí nhà kính mỗi năm và
chiếm khoảng 7% tổng lượng khí thải. Việc xử lý chất thải nói chung khơng đúng cách
cịn gây ơ nhiễm đất và nguồn nước.

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế, văn hóa và khoa học hàng đầu cả
nước. Với qui mô dân số hơn 10 triệu người (2017), hằng ngày Thành phố này thải ra
một lượng chất thải rắn lên đến 8.300 tấn. Trong đó, thành phần rác thải hữu cơ chiếm
tỷ lệ đến hơn 70% con số trên. Chất thải hữu cơ hồn tồn thích hợp để làm nguồn
nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ vi sinh (composting) kết hợp thu hồi khí sinh học
(biogas) dùng cho sinh hoạt. Để góp phần tìm ra những con đường, cách thức tốt và dễ

dàng nhất mà mọi người có thể ứng dụng để xử lý bớt chất thải hữu cơ hằng ngày thành
nguyên, nhiên liệu tái sử dụng, giảm bớt nguồn thải có khả năng gây ơ nhiễm lớn thì

1

thu hồi năng lượng biogas là phương pháp tối ưu nhất. Việc áp dụng phương pháp xử
lý rác thải thực phẩm sinh hoạt bằng vi sinh vật để thu hồi năng lượng cung cấp cho các
hoạt động khác là hoàn toàn phù hợp cho mục tiêu phát triển bền vững, hướng tới đô
thị sinh thái.
1.2 Nội dung đề tài

Thiết kế hệ thống thu hồi năng lượng biogas từ rác thực phẩm sinh hoạt, công
suất 15 tấn/ngày.

2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ RÁC THẢI SINH HOẠT
2.1 Đặc điểm rác thải sinh hoạt
2.1.1 Định nghĩa

Chất thải rắn (CTR) bao gồm tất cả các chất thải ở dạng rắn, phát sinh do các
hoạt động của con người và sinh vật, đưực thải bỏ khi chúng khơng cịn hữu ích hay khi
con người khơng muốn sử dụng nữa.

Rác thải sinh hoạt đa phần là các CTR đã bị loại ra trong quá trình sinh sống,
kinh doanh, các hoạt động, và sản xuất của con người cũng như các loài động vật. Rác
thải sinh hoạt đa phần phát sinh từ các hộ gia đình, khu cơng cộng, các khu thương mại,
khu công nghiệp, ngành trồng trọt chăn nuôi, rác thải xây dựng, bệnh viện, khu xử lý
chất thải….Thành phần chủ yếu của chúng là các chất hữu cơ và rất dễ gây ô nhiễm trở
lại cho môi trường sống của chúng ta. Cho nên, rác sinh hoạt có thể định nghĩa là những

thành phần tàn tích hữu cơ phục vụ cho cuộc sống của con người.
2.1.2 Phân loại

Dựa vào việc phân loại rác tại nguồn, ta có thể chia rác thải sinh hoạt thành 3
loại: rác tái chế, rác vô cơ và rác hữu cơ

- Rác thải tái chế: Là rác thải mà sau khi con người loại bỏ vẫn có thể tái sử dụng
lại.

Hình 2.1: Thành phần rác thải tái chế

3

- Rác thải vô cơ: Là những rác thải không thể tái sử dụng hoặc tái chế, với những
loại rác thải này chỉ có cách chơn hoặc đốt

Hình 2.2: Thành phần rác thải vô cơ
- Rác thải hữu cơ: Là những loại rác dễ dàng phân hủy, chúng thường được tận
dụng làm phân compost hoặc làm thức ăn cho động vật nuôi.

Hình 2.3: Thành phần rác thải hữu cơ
4

2.2 Rác thải thực phẩm sinh hoạt

Thành phần của chất thải rắn biểu hiện sự đóng góp và phân phối của các phần
riêng biệt mà từ đó tạo nên dịng chất thải, thơng thường được tính bằng phần trăm theo
khối lượng của thành phần. Thông tin về thành phần chất thải rắn đóng vai trị quan
trọng trong việc đánh giá và lựa chọn những thiết bị thích hợp để xử lý, các quá trình
xử lý cũng như việc hoạch định các hệ thống, chương trình và kế hoạch quản lý chất

thải rắn.

Nguồn chất thải rắn sinh hoạt thường là nguồn phát sinh từ các hộ gia đình, chung
cư, biệt thự. Trong đó thành phần riêng biệt của chất thải rắn thay đổi theo vị trí địa lý,
thời gian, mùa trong năm, điều kiện kinh tế và thu nhập của từng quốc gia.

Thành phần hữu cơ của trong rác thải sinh hoạt được tổng hợp theo bảng dưới
đây:

Bảng 2.1: Dữ liệu điển hình về phân tích thành phần của chất thải thực phẩm hữu cơ
được tìm thấy trong khu dân cư, thương mại và công nghiệp [1]

Loại rác Phần trăm khối lượng khô

thải thực Lưu

phẩm Cacbon Hydro Oxi Nitơ huỳnh Tro

Rác thải

chứa chất 73 11,5 14,8 0,4 0,1 0,2

béo

Rác thải 6,4 37,6 2,6 0,4 5,0
thực
48

phẩm hỗn
hợp


Rác thải 6,2 39,5 1,4 0,2 4,2
48,5

hoa quả

Rác thải 9,4 24,7 1,2 0,2 4,9
59,6

từ thịt

5

CHƯƠNG 3: CÁC CÔNG NGHỆ THU HỒI NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI
THỰC PHẨM SINH HOẠT

3.1 Quá trình đốt
Xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển hóa

chất thải từ dạng rắn sang dạng khí, lỏng và tro… đồng thời giải phóng năng lượng dưới
dạng nhiệt.

Các hệ thống xử lý CTR bằng nhiệt được phân loại dựa theo u cầu sử dụng
khơng khí bao gồm :

• Quá trình đốt được thực hiền với một lượng oxy ( khơng khí ) cần thiết vừa đủ
để đốt cháy hồn tồn CTR gọi là q trình đốt hóa học ( stoichiometric combustion ).
Quá trình đốt được thực hiện với dư lượng khơng khí cần thiết được gọi là q trình đốt
dư khí.


• Q trình đốt khơng hồn tồn CTR dưới điều kiện thiếu khơng khí (
substoichiometric combustion ) và tạo ra các khí cháy như cacbon monooxyde (CO),
hydrogen (H2), và các khí hydrocacbon gọi là q trình khí hóa.

Quá trình xử lý CTR bằng nhiệt trong điều kiện hồn tồn khơng có khơng khí
gọi là q trình nhiệt phân.

Ưu điểm:
➢ Hiệu suất cao, xử lý được 80% - 90% khối lượng phần hữu cơ trong CTR.
➢ Thu hồi năng lượng : nhiệt của q trình có thể tận dụng cho nhiều mục đích
khác như phát điện, sản xuất hơi nước nóng.
➢ CTR có thể được xử lý tại chỗ mà khơng cần phải vận chuyển đi xa, tránh
được các rủi ro và giảm chi phí vận chuyển.
➢ Phương pháp này chỉ cần một diện tích đất tương đối nhỏ trong khi phương
pháp chơn lấp cần phải có một diện tích rất lớn.
Nhược điểm:
➢ CTR có hàm lượng ẩm cao quá thì quá trình đốt sẽ gây bất lợi là tiêu tốn nhiều
năng lượng.
➢ Vốn đầu tư ban đầu cao so với các phương pháp xử lý khác bao gồm chi phí
đầu tư xây dựng lị, chi phí vận hành và xử lý khí thải lớn.

6

➢ Đòi hỏi nhân lực phải có tay nghề trong việc vận hành.
3.2 Q trình phân hủy kị khí
3.2.1 Định nghĩa

Phân hủy kị khí là q trình phân hủy chất hữu cơ trong mơi trường khơng có
oxy ở điều kiện nhiệt độ từ 30 → 650C. Sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí là khí
sinh học (CO2 và CH4). Khí CH4 có thể thu gom và sử dụng như một nguồn nhiên liệu

sinh học và bùn đã được ổn định về mặt sinh học, có thể sử dụng như nguồn bổ sung
dinh dưỡng cho cây trồng.
3.2.2 Các giai đoạn của quá trình

Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ của CTRSH dưới điều kiện kỵ khí xảy ra
theo ba bước. Bước thứ nhất là q trình thủy phân các hợp chất có phân tử lượng lớn
thành những hợp chất thích hợp dùng làm nguồn năng lượng và mô tế bào. Bước thứ
hai là quá trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ bước một thành các hợp chát có phân
tử lượng thấp hơn xác định. Bước thứ ba là q trình chuyển hóa các hợp chất trung
gian thành các sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu là khí metan (CH4) và khí cacbonic
(CO2).

Trong quá trình phân hủy kỵ khí, nhiều loại vi sinh vật kỵ khí cùng tham gia q
trình chuyển hóa phần chất hữu cơ của CTR thành sản phẩm cuối bền vững. Một nhóm
vi sinh vật có nhiệm vụ thủy phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử và lipid thành các
thành phần xây dựng cấu trúc như axit béo, monosacharic, amino axit và các hựp cliât
liên quan. Nhóm vi sinh vật kỵ khí thứ hai được gọi là nonmetanogenic (gồm các vi
sinh vật ky khí tùy tiện và vi sinh vật kỵ khí bắt buộc) lên men các sản phẩm đã cắt
mạch của nhóm một thành các axit hữu cơ đơn giản mà chủ yếu là acetic axit. Nhóm vi
sinh vật thứ ba chuyển hóa hydro và acetic axit thành khí metan và CO. Vi sinh vật
metan hóa chỉ có thể sử dụng một số cơ chất nhất định để chuyển hóa thành metan như
CO2 + H2, fomat, axetat, metanol, metylamin và CO.

7

Bảng 3.1: Các giai đoạn của q trình phân hủy kị khí

Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3
Thủy phân Metan hóa
Tên giai đoạn


Axit hóa Acetate hóa

Các chất ban Đường phức Đường đơn giản Amino axit, axit Acetate
đầu tạp, protein, hữu cơ

chất béo

Vi sinh vật Vi khuẩn axit Vi khuẩn axetat Vi khuẩn metan
hóa hóa hóa

Sản phẩm Đường đơn giản Amino axit, axit Axetat
hữu cơ

Khí sinh ra CO2 CO2, H2 CO2, CH4, H2 CO2, CH4

3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Có 3 yếu tố ảnh hưởng chính đến q trình phân hủy kỵ khí là tỷ lệ C/N, pH và

nhiệt độ.

- Tỷ lệ C/N: Tỷ lệ C/N tối ưu trong quá trình phân hủy kỵ khí khoảng 20 - 30: 1.
Ở mức độ tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, gây ra mùi khai. Ở mức tỷ lệ
cao hơn sự phân hủy xảy ra chậm.

- pH: Sản lượng khí sinh học (biogas) sinh ra từ q trình phân hủy kỵ khí đạt
tô'i đa khi giá trị pH của vật liệu của hệ thống nằm trong khoảng 6 - 7 (6,5 - 7,5). Giá
trị pH ảnh hưởng đến thời gian phân hủy của CTR vật liệu. pH của môi trường phải
được khống chế sao cho khơng nhỏ hơn 6,2 bởi vì khi đó vi khuẩn sinh metan bị ức chế
hoạt động. Tại thời điểm ban đầu của quá trình lên men, số lượng lớn cácc axit hữu cơ

được tạo thành và có thể làm cho giá trị pH của hỗn hợp giảm xuống dưới 5, điều này
sẽ làm hạn chế quá trình phân hủy. Quá trình phân hủy sẽ tiếp tục và lượng NH3 tạo
thành sẽ gia tăng do sự phân hủy của nitơ, giá trị pH có thể tăng lén trên 8. Khi sản
lượng khí metan tạo thành ổn định, giá trị pH trong khoảng 7,2 - 8,2.

- Nhiệt độ: Vi sinh vật metan hóa sẽ khơng hoạt động được khi nhiệt độ quá cao
hay quá thấp. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 100C, sản lượng khí sinh học (biogas) tạo
thành hầu như không đáng kể. Hai khoảng nhiệt độ tối ưu cho q trình phân hủy kỵ
khí:

+ Giai đoạn nhiệt độ trung bình: nhiệt độ dao động trong khoảng 20 – 400C, tối
ưu 30 - 350C

8

+ Giai đoạn hiếu nhiệt: nhiệt độ tối ưu trong khoảng 50 - 650C.
Ưu điểm:

➢ Không cần xử dụng Oxy ⇒ làm giảm chi phí điện năng cho q trình cấp khí.
➢ Quá trình xử lý kỵ khí tạo ra lượng khí Metan lớn, khí metan có mức năng
lượng phát sinh 9000 kcal/m3. Có thể được dùng để cấp khí cho lị hơi.
➢ Nhu cầu năng lượng cho quá trình được giảm nhiều.
➢ Có thể được thiết kế để hoạt động dưới tỉ trọng cao.
➢ Hệ thống xử lý kỵ khí có thể phân hủy được các chất tổng hợp như các
hydrocacbon béo có chlor như trichloroethylen, trihalomethan) và một số chất thiên
nhiên khó phân hủy như ligin
Nhược điểm:
➢ Q trình kỵ khí diễn ra chậm hơn q tình hiếu khí.
➢ Nhạy cảm trong việc phân hủy các chất độc.
➢ Quá trình phân hủy cần nhiều thời gian hơn.

➢ Quá trình khởi động cần lượng bùn lớn hơn (nồng độ bùn yêu cầu cao hơn)
3.2.4 Các quy trình cơng nghệ kị khí thu hồi biogas
Tổng quan
Các hệ thống để tiến hành quá trình phân hủy kỵ khí (cịn gọi là q trình lên
men hay q trình metan hóa) là các bể phân ứng kín để kiểm sốt q trình kỵ khí và
thu gom tồn bộ lượng khí sinh học sinh ra. Sản lượng khí sinh học phụ thuộc vào thành
phần chất thải và điều kiện trong bể phản ứng. Sơ đồ quy trình xử lý CTR đơ thị tổng
qt theo cơng nghệ kỵ khí trình bày theo hình dưới đây

9

Hình 3.1: Sơ đồ q trình xử lý rác đơ thị bằng cơng nghệ phân hủy kỵ khí
Phân loại
- Theo mơi trường phản ứng: Q trình phân hủy kị khí được chia thành phân
hủy kị khí khơ và phân hủy kị khí ướt. Phân hủy kị khí khơ là q trình phân hủy kị khí
mà vật liệu đầu vào có độ ẩm 60 - 65%, phân hủy kị khí ướt là q trình phân hủy kị
khí mà vật liệu đầu vào có độ ẩm 85 - 90%
+ Ướt: rác đô thị ở dạng huyền phù với lượng nước cung cấp nhằm pha loãng
rác đến tỷ lệ 10 + 15% TS.
+ Khô: hùm lượng TS trong rác phân hủy khoảng 20 + 40%.
- Theo chế độ cấp liệu
+ Mẻ: Hệ thống hoạt động gián đoạn theo mẻ
- Liên tục: Hệ thống làm việc liên tục
Theo phân đoạn phản ứng
+ Một giai đoạn: Tồn bộ qua trình phân hủy xảy ra trong một thùng phản ứng
+ Đa giai đoạn: Tồn bộ q trình xảy ra ở nhiều thùng phản ứng mắc nối tiếp
theo một hoặc cả hai chế độ sau: Tách riêng giai đoạn axit hóa – metan và vận hành ở
nhiệt độ khác nhau
Các quy trình cơng nghệ đặc trưng


10

Thực tế người ta thường thiết kế và vận hành bể phản ứng phân hủy kỵ khí theo
một giai đoạn hoặc hai giai đoạn. Trong thiết kế hai giai đoạn, giai đoạn một gồm q
trình thủy phân và axit hóa (khoảng 1 - 3 ngày), giai đoạn hai gồm quá trình acetate hóa
và metan hóa. Ưu và nhược điểm của phân hủy kị khí theo một giai đoạn và hai giai
đoạn được trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng 3.2: Ưu nhược điểm của cơng nghệ sản xuất phân kỵ khí theo một và hai giai đoạn

Một giai đoạn Hai giai đoạn

Ưu điểm - Chi phí đầu tư thấp - Hệ thống ổn định

- Kỹ thuật vận hành cao - Có thể tối ưu hóa theo từng
giai đoạn.

- Sử dụng thời gian lưu và
thể tích hiệu quà

- Diệt vi khuẩn gây bệnh tốt
(pH thấp ở giai đoạn 1)

Nhược điểm - Không thể tối ưu hóa hệ - Chi phí đầu tư cao
thống
- Kỹ thuật vận hành phức
- pH không ổn định tạp

- Tính ổn định của hệ thơng
thấp


3.2.4.1 Công nghệ ướt một giai đoạn

Đối với hệ thống hoạt động theo công nghệ ướt một giai đoạn, rác được chuyển
sang dạng huyền phù có khoảng 10% chất rắn bằng cách pha lỗng với nước. Hệ thống
hoạt động với sự phân hủy hoặc kết hợp phân hủy giữa rác đô thị với các nguyên liệu
loãng hơn như bùn từ cống rãnh hoặc phân động vật. Thủy tinh và đá được yêu cẩu loại
bổ nhằm ngăn ngừa khả nàng tích tụ nhanh của các chất này dưới đáy bể phản ứng. Sau
khi quá trình phân hủy, bùn lỏng phải được yêu cầu ép để lấy lại dịch lỏng (có thể tuần
hồn trở lại cho đầu vào) và tạo ra chất rắn đã phân hủy có độ ẩm thấp để xử lý tiếp.

Các đặc tính của cơng nghệ ướt một giai đoạn được trình bày ở bảng dưới đây:

11

Bảng 3.3: Tổng quan về đặc tính của cơng nghệ ướt một giai đoạn

TT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điểm

1 Kỹ thuật - Phát triển từ quá trình đã - Đoản mạch
được nghiên cứu kỹ
- Các chất tạo váng/bọt và chất nặng
lắng xuống đáy bể phản ứng

- Tiền xử lý phức lạp

2 Sinh học - Pha loãng chất gây ức chế - Tương đối nhạy cảm về tải lượng

bằng nước do các chất gây ức chế có khả năng


lan truyền nhanh trong bể phản ứng

- Mất VS theo các chất trơ

3 Kinh tế và - Thiết bị xử lý và vận chuyển - Tiêu thụ nhiều nước

môi bùn rẻ (bù lại đòi hỏi thiết bị - Tiêu thụ năng lượng cao do phải
trường tiền xử lý và thể tích của bể gia nhiệt thể tích lớn
phản ứng lớn)

3.2.4.2 Công nghệ khô một giai đoạn

Hàm lượng TS tối ưu trong các chất rắn lên men trong hệ thống sử dụng công
nghệ khô một giai đoạn khoảng 20 - 40%, với rác có hàm lượng TS > 50% cần phải pha
lỗng. Nước được thêm vào tối thiểu để tạo sự cân bằng nhiệt tồn diện, rất hữu ích cho
hoạt động ở chế độ hiếu nhiệt.

Hệ thống khô khác biệt so với hệ thống ướt về bản chất vật lý của các chất lên
men. Q trình vận chuyển, nạp chất lên men có thể thực hiện nhờ băng tải, trục vít
hoặc bơm chuyên dụng có cơng suất lớn. Các thiết bị này đắt hơn so vớii bơm sử dụng
trong hệ thống ướt. Ngoài ra, các thiết bị này phải đủ mạnh để có thể vận chuyển dược
đá, thủy tinh, gỗ mà không gây ra bất cứ cản trở nào.

Hệ thống tiền xử lý chỉ cần áp dụng để loại các chất rắn có kích thước lớn hơn
40mm, ví dụ như sàng quay hoặc hệ thống nghiền đối với chất thải hữu cơ được phân
loại tại nguồn. Dạng thiết bị phăn ứng sử dụng là kiểu dòng chảy nút (plug-flow) đơn
giản về mặt kỹ thuật và không cần phải có thiết bị khuây trọn cơ học bên trong thiết bị
phản ứng.

12


Các đặc tính của cơng nghệ khơ một giai đoạn được trình bày ở bảng dưới đây:

Bảng 3.4: Tổng quan về đặc tính của cơng nghệ khơ một giai đoạn

TT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điểm

1 Kỹ thuật - Khơng có các bộ phận - Chất thải ướt (<20% TS) không thể
truyền động bên trong bể xử lý riêng biệt (phải trộn với chất
phản ứng thải khô hơn)

- Mạnh (không cần phải loại
bỏ châl trơ)

- Không bị đoản mạch

2 Sinh học - Lượnng VS mất trong quá - Khả năng pha loãng chất gây ức

trình tiền xử lý ít chế bằng nước thấp

- Tái lượng hữu cơ cao

- Khả năng lan truyền các
chất ức chế bị hạn chế

3 Kinh tế và - Chi phí tiền xử lý rẻ và thể - Các thiết bị lưu trữ và vận chuyển

mơi tích bể phản ứng nhỏ chất thải yêu cầu công suất lớn

trường - Khả năng tiệt trùng hoàn


toàn

- Sử dụng rất ít nước

- Nhu cầu nhiệt ít

3.2.4.3 Cơng nghệ đa giai đoạn

Công nghệ hai hoặc đa giai đoạn là cơng nghệ trong đó chất hữu cơ được chuyển
thành khí sinh học và các chất vơ cơ ổn định thơng qua các phản ứng sinh hóa không
nhât thiết phải xảy ra trong cùng một điều kiện. Do vậy, q trình tốỉ ưu hóa cơng nghệ
là thực hiện tối ưu hóa từng bước trong tồn bộ dây chuyền công nghệ nhằm đám bảo
tối ưu cả về tốc độ phản ứng và tỷ lượng sinh khí sinh học.

Trên thực tế, kỹ thuật hai giai đoạn thường được áp dụng, trong đó giai đọan 1
là giai đoạn thủy phân xenlulo, giai đoạn 2 là giai đoạn acetat hóa và metan hóa với tốc

13