Thiết bị tiêu hóa vô khí cho dự án xử lý chất thải từ bãi rác

• Thử thách nước rỉ rác:Nước rỉ rác ở bãi rác có độc tính cao, nước thải biến đổi, giàu kim loại nặng, axit hữu cơ và Nhu cầu oxy hóa học (COD) cực cao, đòi hỏi phải xử lý trước bằng sinh học và vật lý tiên tiến.

• Tiêu hóa kỵ khí (AD):Đóng vai trò là giai đoạn sinh học tối ưu, phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành khí metan (CH4) và cacbon dioxit (CO2) với mức tiêu thụ năng lượng thấp và lượng bùn tối thiểu.

• Công nghệ lò phản ứng:Chăn bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB) và Lò phản ứng bể khuấy liên tục (CSTR) được chế tạo bằng các tấm kết hợp thủy tinh với thép (GFS) có độ đàn hồi cao mang lại giải pháp thùng chứa chống ăn mòn lý tưởng.

• Phục hồi tài nguyên:Các hệ thống AD hiệu quả chuyển đổi trách nhiệm môi trường nguy hiểm thành tài sản năng lượng sạch thông qua thu hồi khí sinh học, bù đắp chi phí vận hành cơ sở.

Nước rỉ rác từ bãi rác—chất lỏng bị ô nhiễm nặng thấm qua các chất thải rắn đô thị (MSW)—gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với đất, nước ngầm và hệ sinh thái địa phương xung quanh. Nó chứa một hỗn hợp phức tạp của các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và chịu lửa, muối vô cơ, kim loại nặng và nồng độ cao của nitơ amoniac ($NH_4^+-N$).

Do nồng độ hóa học cực cao nên chỉ xử lý vật lý hoặc hiếu khí thường không hiệu quả về mặt kinh tế.Phân hủy kỵ khí (AD)cung cấp một giai đoạn sinh học hiệu quả cao, tiết kiệm chi phí.

Bằng cách hoạt động trong môi trường thiếu oxy, các tập đoàn kỵ khí chuyên biệt (bao gồm axitogen, acetogen và methanogen) chuyển hóa nồng độ cao các chất hữu cơ phân hủy sinh học. Quá trình này làm giảm đáng kể COD đồng thời tạo ra dòng khí sinh học có giá trị.

Thiết kế một bể phân hủy kỵ khí cho nước rỉ rác bãi rác đòi hỏi phải kiểm soát chính xác các thông số môi trường và vận hành. Hiệu quả phân hủy sinh học rất nhạy cảm với sự biến động trong thành phần của chất ảnh hưởng.

Tỷ lệ tải hữu cơ xác định khả năng cung cấp thức ăn sinh học của hệ thống kỵ khí. Nó được định nghĩa về mặt toán học là:

Ở đâu:

• $\văn bản{OLR}$là tốc độ tải hữu cơ được biểu thị bằng$\text{kg COD}/(\text{m}^3 \cdot \text{day})$.

• $\text{COD} _{\text{in}}$là Nhu cầu oxy hóa học của nước rỉ rác ($\văn bản{kg/m}^3$).

• $Q$là lưu lượng thể tích hàng ngày ($\text{m}^3/\text{day}$).

• $V_R$là thể tích chất lỏng hoạt động của bể phản ứng kỵ khí ($\văn bản{m}^3$).

Việc vượt quá OLR tối ưu có thể dẫn đến hiện tượng "làm chua lò phản ứng", trong đó việc sản xuất axit béo dễ bay hơi (VFA) vượt quá mức tiêu thụ metanogen, khiến độ pH giảm nhanh chóng.

Các vi sinh vật kỵ khí hoạt động tối ưu trong môi trường ưa nhiệt trung bình ($35^\circ\text{C}$ĐẾN$38^\circ\text{C}$) hoặc ưa nhiệt ($50^\circ\text{C}$ĐẾN$55^\circ\text{C}$) phạm vi. Do nhiệt độ nước rỉ rác ở bãi chôn lấp thô dao động linh hoạt theo thời tiết theo mùa nên việc tích hợp các bộ trao đổi nhiệt và cách nhiệt bể chứa là rất quan trọng để ngăn chặn quá trình rửa trôi vi khuẩn.

Nước rỉ rác từ bãi chôn lấp cũ chứa nồng độ amoniac cao ($NH_4^+-N$), đôi khi vượt quá$3.000 \text{ mg/L}$. Nồng độ amoniac tự do cao có độc tính cao đối với methanogens. Các dự án xử lý nước rỉ rác thường phải tích hợp các chiến lược sục khí trước, loại bỏ không khí hoặc pha loãng để duy trì nồng độ amoniac dưới ngưỡng ức chế (thường là$< 1.500 \text{ mg/L}$bên trong lò phản ứng).

Các dự án xử lý nước rỉ rác khác nhau đòi hỏi công nghệ lò phản ứng phù hợp tùy thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp và khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác ($\text{BOD}/\text{COD}$tỷ lệ).

Nước rỉ rác ở bãi rác có tính chất hóa học mạnh. Nó chứa các axit hữu cơ dễ bay hơi, nồng độ clorua cao, chất rắn lơ lửng có tính mài mòn và hydro sunfua có tính ăn mòn cao ($H_2S$) khí trong khoảng trống của lò phản ứng. Bể bê tông tiêu chuẩn hoặc thép cacbon hàn rất dễ bị suy thoái hóa học, nứt kết cấu và ăn mòn cục bộ trong những điều kiện này.

Đối với các dự án xử lý nước rỉ rác hiện đại,Thủy tinh hợp nhất với thép (GFS)xe tăng bắt vít là tiêu chuẩn công nghiệp.

Bằng cách nung chảy nhiệt frit thủy tinh silic với các tấm thép cacbon ở nhiệt độ từ$820^\circ\text{C}$Và$930^\circ\text{C}$, các nhà sản xuất tạo ra một vật liệu tổng hợp vật lý. Lõi thép cung cấp độ bền kéo vật lý vượt trội, trong khi lớp kính cung cấp khả năng kháng hóa chất hoàn toàn.

• Dung sai pH rộng:Lớp phủ chuyên dụng của GFS được thiết kế để chịu được các giá trị pH cực cao từ 1 đến 14, xử lý hoàn hảo các pha axit của nước rỉ rác non.

• Lắp ráp mô-đun:Các tấm GFS bắt vít được lắp ráp tại chỗ bằng các giắc cắm chuyên dụng. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu thực hiện các công việc nóng (hàn) và cần cẩu hạng nặng, giảm thời gian xây dựng xuống chỉ còn một phần nhỏ so với đổ bê tông.

• Không có rò rỉ cấu trúc:Các miếng đệm mastic được thiết kế và các kết nối bắt vít có độ bền kéo cao ngăn chặn nước rỉ độc hại thấm vào đất hoặc mạch nước ngầm tại địa phương trong quá trình xử lý.

MỘT:Nước rỉ rác thô thường có tải trọng hữu cơ cực cao (COD$> 10.000 \text{ mg/L}$). Việc xử lý hiếu khí sẽ đòi hỏi năng lượng đầu vào lớn để sục khí liên tục và sẽ tạo ra một lượng lớn bùn sinh học cần phải xử lý. Quá trình phân hủy kỵ khí xử lý lượng chất hữu cơ cao với năng lượng sục khí bằng 0, tạo ra lượng bùn thải tối thiểu và tạo ra khí metan tái tạo.

MỘT:Các bãi chôn lấp "trẻ" (dưới 5 tuổi) tạo ra nước rỉ rác giàu axit béo dễ bay hơi (VFA), dẫn đến nồng độ cao$\text{BOD}/\text{COD}$tỷ lệ ($>0,5$), có khả năng phân hủy sinh học cao và lý tưởng cho quá trình phân hủy kỵ khí. Các bãi chôn lấp "đã trưởng thành" (trên 10 năm tuổi) tạo ra nước rỉ rác ổn định với nồng độ thấp$\text{BOD}/\text{COD}$tỉ số ($<0,1$), có chứa axit humic và axit fulvic chịu lửa. Nước rỉ rác trưởng thành đòi hỏi tiền xử lý hóa lý tiên tiến (như quá trình oxy hóa hoặc lọc màng Fenton) cùng với hoặc trước quá trình phân hủy sinh học.

MỘT:Bộ tách ba pha là bộ phận quan trọng bên trong nằm ở phía trên lò phản ứng UASB. Nó tách chất lỏng thải đã được xử lý, bong bóng khí sinh học chảy lên và bùn kỵ khí dạng hạt hoạt động. Sự phân tách này đảm bảo rằng sinh khối quan trọng sẽ lắng trở lại lớp phản ứng thay vì bị rửa trôi cùng với nước thải đã xử lý thải ra.

MỘT:Khoảng trống phía trên bể phân hủy kỵ khí tích tụ hàm lượng hydrogen sulfide ướt cao ($H_2S$) và cacbon dioxit ($CO_2$), tạo ra axit sunfuric và axit cacbonic có tính ăn mòn cao. Trong khi các kim loại tiêu chuẩn bị ăn mòn nhanh chóng trong môi trường axit, ẩm ướt này thì lớp phủ kính trơ của tấm GFS hoàn toàn không bị ăn mòn bởi axit dạng khí, duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc trong hơn 30 năm.