Mô hình ủ kỵ khí xử lý CTR sinh hoạt

Chất thải rắn sinh hoạt ở nước ta tăng đột biến, tạo áp lực môi trường cho các đô thị nếu không được xử lý tốt. Mùi hôi từ quá trình phân hủy hợp chất ảnh hưởng lớn đến môi trường không khí. Do đó trong các nhà máy đốt rác người ta thường lắp đặt thêm hệ thống xử lý khí thải lò đốt nhằm ngăn chặn việc phát tán không khí độc hại vào môi trường.

Các xu hướng xử lý phổ biến hiện nay tăng tỷ lệ chôn lấp, tăng tỷ lệ tái chế và ủ sinh học. Do đó mà hàng loạt nhà máy xử lý CTR ủ sinh học kỵ khí ra đời. Ưu điểm của phương pháp này giảm chi phí xử lý, giảm lượng CTR, giảm khí nhà kính và tạo ra các sản phẩm hữu cơ giá trị kinh tế cao hơn.

Quy trình phân hủy của CTR trong phương pháp ủ kỵ khí

Từ quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí nối tiếp nhau với chất hữu cơ ban đầu bị phá vỡ thành khối lượng phân tử nhỏ hơn dưới tác động của nhóm VSV điển hình.

• Đầu tiên (thủy phân): các chất bị phá vỡ thành các chất hòa tan nhỏ. Các VSV thủy phân có khả năng chống lại biến động của môi trường. Quần thể VSV có thể hoạt động trong phạm vi pH từ 4 – 11.
• Thứ hai (axit hóa – acidogenesis): các axit béo dễ bay hơi được hình thành gồm axit propionic, axit butyric, axit axetic và etanol. Bằng cách thay đổi trị số pH mà thay đổi như axit butytric và axit axetic thành axit axetic và propion.
• Thứ 3 (axetat hóa – acetogenesis): các loại vi khuẩn kỵ khí acetogen nhờ chất oxy hóa mà chúng hoạt động trong môi trường axit yếu.
• Thứ 4 (metan hóa – methanogenesis): khí methane tạo ra gồm quá trình methanogen acetoclastic và hydrootrophic. Lúc này vi khuẩn acetotrophic lên men axit thành CH4 và CO2. Còn methanogens hydrootrophic sử dụng CO2 và H2 làm nguồn thức ăn. Và giá trị pH trong giai đoạn này thường dao động ngưỡng trung tính từ 7 – 11 giúp duy trì các hoạt động của VSV sinh trưởng và phát triển.

Hiện nay có 2 loại công nghệ gồm ủ kỵ khí 1 giai đoạn (SAD) và ủ kỵ khí 2 giai đoạn (TAD).

• SAD cho phép 4 giai đoạn diễn ra đồng thời gồm thủy phân hóa, axit hóa, axetat hóa và metan hóa trong lò phản ứng. Vì thế mô hình này có phạm vi ứng dụng rộng rãi và xử lý hầu hết các chất thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Đối với mô hình ủ kỵ khí 1 giai đoạn thích hợp cho quy mô hộ gia đình hoặc nhóm gia đình. Nên phối trộn chất thải hữu cơ có sẵn tại địa phương và chế phẩm sinh học tăng hiệu quả xử lý môi trường.
• TAD thì phân tách bước đầu tiên và bước thứ hai trong lò phản ứng khác nhau nên tối ưu hóa được các bước phân hủy. Nếu sử dụng TAD hệ thống luôn hoạt động ổn định, khả năng tải hữu cơ cao hơn và khả năng chống lại chất độc cũng như ức chế tác hại hiệu quả hơn. Mô hình này thích hợp để xử lý tập trung hay chất thải có quy mô vừa và lớn.

Các lò phản ứng trong mô hình ủ kỵ khí 2 giai đoạn

Lò phản ứng sinh axit

Trong lò này diễn ra 2 bước thủy phân và axit hóa để phân giải chất hữu cơ. Nhiệm vụ của lò này chuyển đổi chất nền tránh bị ức chế và quá tải. Để lò hoạt động hiệu quả cần điều chỉnh nồng độ pH, nhiệt độ, nồng độ axit, chất dinh dưỡng và nồng độ cơ chất phải được kiểm soát.

• Đối với tổng chất rắn thì việc thủy phân chất rắn trong lò hoạt động công suất lớn, cần ít năng lượng sưởi ấm và tiêu thụ ít nước hơn. Nhưng cần tránh tình trạng chất rắn quá cao vì điều này tạo ra độ nhớt khiến việc xáo trộn không đủ và tiêu tốn nguồn năng lượng lớn.
• Đối với giá trị pH: giá trị pH từ 5.5 – 6.5 là phạm vi tối ưu và tốt nhất. Và khi pH > 10 dễ làm mất tính ổn định của VSV.
• Đối với nhiệt độ: liên quan đến năng lượng thì chế độ nhiệt ấm cần điều chỉnh khoảng 35 – 37 độ C nên được ưu tiên sử dụng để thủy phân/axit hóa chất thải.

Lò phản ứng sinh metan

Lò này diễn ra quá trình axetat hóa và metan hóa. Lò này thường có tốc độ phản ứng ướt cao như CSTR, UASB, AFB, FB, EB, IC và EGSB. Do đó mà lò này thường duy trì môi trường kỵ khí giàu methanogen, nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, pH.

• Đối với nồng độ rắn: lò phản ứng xử lý khí thải này thường ưu tiên áp dụng UASB, EB, FB và IC nên yêu cầu hàm lượng chất rắn thấp hơn.
• Đối với giá trị pH: khi tối ưu pH hoàn toàn không ảnh hưởng đến sự phát triển của VSV vì trên thực tế pH thích hợp trong khoảng này là 7.0 – 8.0. Tuy nhiên trong trường hợp lò phản ứng giảm xuống 6.5 thì nên dừng toàn bộ quá trình này.
• Đối với nhiệt độ: vi khuẩn sinh metan hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt ấm và nhiệt nóng lần lượt là 35 – 37 độ C và 55 độ C.