Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn - Lê Hoàng Nghiêm
BK
TPHCM
BAØI GIAÛNG
CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC TRONG
KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG
CHÖÔNG 7
PHAÂN HUÛY SINH HOÏC CHAÁT THAÛI RAÉN
GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm
CAÙC DOØNG VAÄT CHAÁT CHÍNH TRONG QUAÙ TRÌNH XÖÛ
BK
TPHCM
LYÙ SINH HOÏC CHAÁT HÖÕU CÔ TRONG CTR ÑOÂ THÒ
Choân laáp
Nöôùc thaûi
(nöôùc ræ raùc)
Khí thaûi
Nhieät, Naêng
(biogas)
Phaân huûy kî khí
löôïng
CTR höõu
cô coù theå
phaân huûy
sinh hoïc
CTR oån
ñònh ñeå
caûi taïo ñaát
Khí thaûi
Uû hieáu khí
(composting)
Phaân höõu cô
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
2
BK
TPHCM
MUÏC ÑÍCH & ÖU ÑIEÅM (1)
9 OÅn ñònh chaát thaûi: Nhöõng phaûn öùng sinh hoïc
xuaát hieän trong quaù trình uû phaân compost seõ
bieán ñoåi caùc hôïp chaát höõu cô thaønh caùc chaát
oån ñònh, caùc daïng voâ cô thích hôïp cho vieäc
caûi taïo ñaát vaø haáp phuï cuûa caây troàng.
9 Laøm maát hoaït tính cuûa vi sinh vaät gaây beänh:
Nhieät ñoä phaùt sinh trong quaù trình uû caùc chaát
thaûi coù theå ñaït ñeán 60oC, nhieät ñoä naøy ñuû ñeå
öùc cheá haàu heát caùc maàm beänh nhö laø vi
khuaån, virus, hoaëc laø tröùng giun saùn.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
3
BK
TPHCM
MUÏC ÑÍCH & ÖU ÑIEÅM (2)
9Thu hoài dinh döôõng vaø caûi taïo ñaát: caùc
chaát dinh döôõng (N, P, K) hieän dieän trong
chaát thaûi thoâng thöôøng toàn taïi döôùi
daïng hôïp chaát höõu cô, raát khoù haáp thuï
bôûi caây troàng.
9Sau quaù trình uû caùc chaát dinh döôõng
naøy seõ bieán ñoåi thaønh caùc chaát voâ cô
-
3-
nhö NO3 , PO4 phuø hôïp cho vieäc haáp
thuï caây troàng.
•
•
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
4
BK
TPHCM
NHÖÕNG HAÏN CHEÁ (1)
Chaát löôïng phaân uû phuï thuoäc raát nhieàu
vaøo chaát löôïng caùc chaát thaûi ñem uû
• Yeâu caàu: chaát thaûi ñem uû phaûi khoâng
chöùa kim loaïi naëng vaø caùc chaát ñoäc
haïi vaø ñöôïc phaân loaïi toát
Trong quaù trình uû thöôøng taïo ra moät soá
khí gaây muøi hoâi vaø moät löôïng nöôùc ræ
ñoïng ôû ñaùy khoái uû Dcaàn ñuôïc quan
taâm xöû lyù
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
5
BK
TPHCM
NHÖÕNG HAÏN CHEÁ (2)
Trong quaù trình uû moät löôïng lôùn carbon vaø
nitô maát ñi do hoaït ñoäng cuûa vi khuaån maø
khoâng coøn giöõ laïi ñöôïc trong saûn phaåm cuoái
cuøng ñeå phuïc vuï cho troàng troït
S.LÊ HOÀNG NGHIÊM
6
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY SINH HOÏC KÎ KHÍ
 Û
Ù
Ï
(ANAEROBIC BIOLOGICAL TRANSFORMATION)
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
7
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (1)
Phaân huyû kò khí laø quaù trình phaân huyû chaát
höõu cô trong moâi tröôøng khoâng coù oxy ôû ñieàu
kieän nhieät ñoä töø 30÷65oC.
Saûn phaåm cuûa quaù trình phaân huyû kò khí laø khí
sinh hoïc (biogas) chuû yeáu laø CO2 vaø CH4.
Khí CH4 coù theå thu gom vaø söû duïng nhö moät
nguoàn nhieân lieäu sinh hoïc.
Buøn ñaõ ñöôïc oån ñònh veà maët sinh hoïc, coù theå
söû duïng nhö nguoàn boå sung dinh döôõng cho
caây troàng hoaëc duøng ñeå caûi taïo ñaát.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
8
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (2)
Quaù trình chuyeån hoùa caùc chaát höõu cô cuûa CTRSH
döôùi ñieàu kieän kî khí xaûy ra theo 3 böôùc.
Böôùc thöù nhaát laø quaù trình thuûy phaân caùc hôïp chaát
coù phaân töû löôïng lôùn thaønh nhöõng hôïp chaát thích
hôïp duøng laøm nguoàn naêng löôïng vaø moâ teá baøo.
Böôùc thöù hai laø quaù trình chuyeån hoùa caùc hôïp chaát
sinh ra töø böôùc 1 thaønh caùc hôïp chaát coù phaân töû
löôïng thaáp hôn xaùc ñònh.
Böôùc thöù ba laø quaù trình chuyeån hoùa caùc hôïp chaát
trung gian thaønh caùc saûn phaåm cuoái ñôn giaûn hôn,
chuû yeáu laø khí methane (CH4) vaø khí carbonic (CO2).
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
9
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (3)
Giai ñoaïn 1
Thuyû phaân
Giai ñoaïn 2
Giai ñoaïn 3
Teân giai ñoaïn
Acid hoaù Acetate hoùa Methane hoùa
Ñöôøng phöùc
taïp, protein,
chaát beùo
Caùc chaát
ban ñaàu
Ñöôøng ñôn Amino acid,
Acetate
giaûn
acid höõu cô
Vi khuaån
acid hoaù
Vi khuaån
Vi khuaån
Vi sinh vaät
acetate hoùa methane hoùa
Ñöôøng ñôn Amino acid,
Saûn phaåm
Khí sinh ra
Acetate
giaûn
acid höõu cô
CO2
CO2, H2
CO2, NH3, H2 CO2, CH4 ,NH3
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
10
BK
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (4)
TPHCM
Caùc giai ñoaïn lyù
thuyeát
Lipids
Polysaccharides
Protein
Acid nucleic
Thuûy phaân
Acid beùo
Monosaccharides
Amino acids
Purines vaø
pyrimidines
Caùc hôïp chaát
Acid
hoùa
voøng thôm ñôn
giaûn
Leân men
acid
Caùc saûn phaåm leân men khaùc
nhö: propionate, butyrate,
succinate, lactate, ethanol
Acetate
hoùa
Caùc chaát neàn cho quaù trình leân
men methane: H2,CO2, formate,
methanol, methylamine, acetate
Leân men
methane
Methane (CH4) +
carbon dioxide (CO2)
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
11
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (5)
Vi sinh vaät methane hoùa chæ coù theå söû duïng moät soá cô
chaát nhaát ñònh ñeå chuyeån hoùa thaønh methane nhö
CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines
vaø CO. Caùc phöông trình chuyeån hoùa xaûy ra nhö sau:
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O
CH3COOH → CH4 + CO2
4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O
4(CH3)3N + 6 H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3
4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
12
BK
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ CTR HÖÕU CÔ
TPHCM
Chaát höõu cô + H2O + Chaát dinh döôõng ⎯V⎯i si⎯nh ⎯vaät→Teá baøo môùi +Chaát höõu cô khoù phaân huûy
+ CO2 + CH4 + NH3 + H2 S + Q
CaHbOcNd vaø CwHxOyNz bieåu dieãn thaønh phaàn phaân töû
thöïc nghieäm cuûa chaát höõu cô ban ñaàu vaø sau khi keát
thuùc quaù trình, coù theå moâ taû baèng phöông trình sau:
CaHbOcNd → nCwHxOyNz + mCH4 + sCO2 + rH2O
+ (d – nx) NH3
Trong ñoù s = a – nw – m vaø r = c – ny – 2s
Neáu quaù trình chuyeån hoùa kî khí xaûy ra hoaøn toaøn:
4a +b−2c −3d
4a − b + 2c + 3d
4a + b − 2c − 3d
⎛
⎜
⎞
⎟
Ca HbOc Nd +
H O →
CH +
CO2 + dNH3
2
4
4
8
8
⎝
⎠
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
13
BK
TPHCM
Baøi taäp ví duï 6.1
Tính toaùn löôïng khí sinh hoïc sinh ra töø quaù trình
phaân huûy kî khí phaàn höõu cô chaát thaûi raén ñoâ thò.
Xaùc ñònh löôïng khí sinh ra treân moät ñôn vò khoái
löôïng CTR theo lyù thuyeát coù theå sinh ra töø quaù
trình phaân huûy kî khí cuûa chaát thaûi raén trong baõi
choân laáp CTR. Bieát raèng chaát thaûi raén choân laáp
coù 56,0% laø caùc thaønh phaàn höõu cô coù theå
phaân huûy sinh hoïc vaø coâng thöùc hoùa hoïc toång
quaùt cuûa phaàn höõu cô laø C60H94,3O37,8N.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
14
BK
TPHCM
Baøi giaûi ví duï 6.1(1)
1. Söû duïng phöông trình bieåu dieãn quaù trình phaân huûy kî
khí hoaøn toaøn chaát thaûi raén höõu cô:
4a +b−2c −3d
4a − b + 2c + 3d
4a + b − 2c − 3d
⎛
⎜
⎞
⎟
Ca HbOc Nd +
H O →
CH +
CO2 + dNH3
2
4
4
8
8
⎝
⎠
Vôùi a = 60; b= 94; c= 37,8 vaø d = 1 ta coù:
C60H94,3O37,8N + 18,28H2O → 31,96CH4 + 28,04CO2 + NH3
1433,1
56,0
329,0
511,4
x kg?
1233,8
17
y kg? z kg?
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
15
BK
TPHCM
Baøi giaûi ví duï 6.1 (2)
2. Xaùc ñònh khoái löôïng CH4 vaø CO2 sinh ra treân 100 kg CTR hay 56 kg
phaàn höõu cô coù theå phaân huûy sinh hoïc töø phöông trình treân:
CH4 = x = (511,4/1433,1)×(56,0) = 20,0 kg
→ x = 20/16 kmol = 1,25 kmol
CO2 = y = (1233,8/1433,1)×(56,0) = 48,2 kg
→ y = 48,2/44 kmol = 1,095 kmol
NH3 = z = (17/1433,1)×(56,0) = 0,664 kg
→ y = 0,664/17 kmol = 0,039 kmol
3. Xaùc ñònh theå tích khí CH4 vaø CO2 ôû ñieàu kieän chuaån:
VCH4 = 1,25 kmol×(22,4m3/kmol) = 28 m3
VCO2 = 1,095 kmol×(22,4m3/kmol) = 24,538 m3
VNH3 = 0,039 kmol×(22,4m3/kmol) = 0,875 m3
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
16
BK
TPHCM
Baøi giaûi ví duï 6.1 (3)
4. Xaùc ñònh thaønh phaàn phaàn traêm cuûa CH4 vaø CO2 , vaø
NH3 trong hoãn hôïp khí:
%CH4 = 28/(28 + 24,538 + 0,875) = 52,42%
%CO2 = 24,538/(28 + 24,538 + 0,875) = 45,94%
%NH3 = 0,875/(28 + 24,538 + 0,875) = 1,64%
5. Xaùc ñònh toång löôïng khí lyù thuyeát treân moät ñôn vò khoái
löôïng chaát thaûi:
m3/kg CTR = (28 + 24,538 + 0,875)(m3)/100(kg)
= 0,534 m3/kgCTR
m3/kg CTRHC = (28 + 24,538 + 0,875)(m3)/56(kg)
= 0,954 m3/kgCTRHC
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
17
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY SINH HOÏC HIEÁU KHÍ
Â Û Ï Á
Ù
(AEROBIC BIOLOGICAL TRANSFORMATION)
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
18
BK
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY HIEÁU KHÍ CTR HÖÕU CÔ (1)
TPHCM
Chaát höõu cô + O2 + Chaát dinh döôõng ⎯V⎯i si⎯nh ⎯vaät→Teá baøo môùi +Chaát höõu cô khoùphaân huûy
+ CO2 + H2O + NH3 + SO24- +...+ Q
Neáu CTR höõu cô ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng CaHbOcNd, vaø
vaät lieäu khoù phaân huûy coøn laïi ñöôïc ñaëc tröng bôûi
CwHxOyNz löôïng oxy caàn thieát coù theå ñöôïc tính theo
phöông trình sau:
CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 → nCwHxOyNz
+ sCO2 + rH2O + (d – nx)NH3
r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)] vaø s = a – nw
Trong ñoù:
Neáu quaù trình chuyeån hoùa xaûy ra hoaøn toaøn:
4a +b−2c −3d
b − 3d
Ca HbOc Nd +
O2 → aCO2 +
H2O + dNH3
4
2
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
19
BK
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY HIEÁU KHÍ CTR HÖÕU CÔ (2)
TPHCM
Trong nhieàu tröôøng hôïp, ammonia sinh ra töø
quaù trình oxy hoùa caùc hôïp chaát höõu cô bò
tieáp tuïc oxy hoùa thaønh nitrat (quaù trình nitrat
hoùa).
Löôïng oxy caàn thieát ñeå oxy hoùa ammonia
thaønh nitrat coù theå tính theo phöông trình sau:
• NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2O
• HNO2 + 1/2 O2 → HNO3
• NH3 + 2 O2 → H2O + HNO3
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
20
Tải về để xem bản đầy đủ
119 trang
16920
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn - Lê Hoàng Nghiêm", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_cac_qua_trinh_sinh_hoc_trong_ky_thuat_moi_truong_c.pdf
