Tải bản đầy đủ

Phát thải của các hợp chất lưu huỳnh bay hơi trong quá trình ủ phân chất thải rắn đô thị (MSW)

Nhóm 11:
Hà Huy Hiếu 1022096
Nguyễn Minh Hoàng 1022108
Hoàng Vinh 1022350

Phát thải của các hợp chất lưu huỳnh bay hơi trong quá
trình ủ phân chất thải rắn đô thị (MSW)
Tóm tắt
Các hợp chất lưu huỳnh dễ bay hơi (VSCs) là nguồn chính tạo ra mùi hôi từ các nhà máy
ủ phân. Trong nghiên cứu này, các VSCs tạo ra từ phân trộn của 15-80 mm chất thải rắn
đô thị (T0), chất thải nhà bếp (T1) và chất thải nhà bếp thân cây ngô khô hỗn hợp (T2)
được đo trong 60 L lò phản ứng với khí buộc trong một thời gian 30 ngày. Các VSCs phát
hiện trong tất cả các phương pháp nghiên cứu là hydrogen sulfide (H 2S), methyl
mercaptan (MM), dimethyl sulfide (DMS), bisulfide carbon (CS 2) và dimethyl disulfide
(DMDS). Hơn 90% lượng khí thải VSCs xảy ra trong 15 ngày đầu tiên, và đạt giá trị cao
nhất của chúng tại ngày 4-7. Cách phát thải sơ lược của 5 loại VSCs có tương quan đáng
kể với nhiệt độ vật liệu bên trong và nồng độ đầu ra O 2 (p < 0,05). Tổng lượng phát thải
của VSCs là 216,1, 379,3 và 126,0 mg kg -1 (chất khô) tương ứng cho T0, T1 và T2. Trong
số 5 VSCs, H2S là hợp chất có nhiều nhất với 39,0 – 43,0% của tổng số VSCs phát thải.
Ủ chất thải nhà bếp từ sự thu gom riêng biệt đặt ra một ảnh hưởng tiêu cực đến việc phát
sinh VSC và nước thải vì độ ẩm cao của nó. Một sự bổ sung của thân cây ngô khô tại một

tỷ lệ pha trộn là 4:1 (trọng lượng ướt) có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải VSCs và
tránh rỉ rác. So với chất thải nhà bếp sạch, VSCs đã giảm 66,8%.
Giới thiệu
Sự phát sinh chất thải rắn đô thị (MSW) ngày càng tăng với tốc độ hàng năm là 8-10%,
với hơn 150 triệu tấn của MSW được sinh ra mỗi năm (Nie, 2008, Xu và Liu, 2007; Yuan
và cộng sự, 2008). Phương pháp loại bỏ MSW chính ở Trung Quốc hiện đang là bãi chôn
lấp, chiếm số lượng lớn đất và sinh ra các mức của chất gây ô nhiễm thứ cấp bao gồm
nước thải, khí nhà kính và mùi (Li et al., 2004). Do chi phí bãi rác tăng, sự khan hiếm
nghiêm trọng của các bãi chôn lấp và nâng cao nhận thức về môi trường, chính phủ Trung


Quốc đã bắt đầu xem xét các phương pháp xử lý khác. MSW có chứa 60% chất hữu cơ và
có hàm lượng nước 50%, do đó, ủ phân là một phương pháp xử lý thay thế có thể, đặc
biệt là sau khi loại bỏ các kim loại, nhựa và thủy tinh (Huang và cộng sự, 2006; Wu và
cộng sự, 2006).
Tại Trung Quốc, MSW 15-80mm thường được sử dụng để ủ phân do có hàm lượng chất
hữu cơ cao. Một số thành phố phát triển như Bắc Kinh và Thượng Hải đã bắt đầu chương
trình để thu thập rác thải nhà bếp, tái chế và tách riêng các chất thải còn lại . Chất thải
nhà bếp bao gồm các phần thừa của bữa ăn, nguyên liệu thừa từ việc chuẩn bị thức ăn và
vỏ trái cây. Ở Trung Quốc, hiện nay có thể tìm thấy các nhà máy ủ phân để xử lý các
phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị từ các nguồn tách được.
Ủ phân là một sự quản lý thay thế chất thải thích hợp, vì nó làm giảm khối lượng và trọng
lượng khoảng 50% và kết quả cho một sản phẩm ổn định có thể được áp dụng trong nông
nghiệp ( Fialho và cộng sự, 2010). Tuy nhiên, các vấn đề về mùi hôi từ các nhà máy ủ
phân sinh ra một vấn đề môi trường, đặc biệt là ở những nước có mật độ dân số cao
(Pagan và cộng sự, 2005; Domingo và Nadal, 2009). Do phát triển kinh tế nhanh và đô
thị hóa, Trung Quốc đang đối mặt với nhiều thách thức về môi trường như ô nhiễm không
khí, đất và nước (Cheng và cộng sự, 2007), và việc xử lý MSW là một trong những vấn
đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng môi trường của Trung Quốc thông qua ô nhiễm
không khí và nước (Cheng và Hu, 2010).
Các hợp chất lưu huỳnh bay hơi (VSCs) có thể được nhận biết bởi các mùi đặc trưng sinh
ra trong quá trình ủ phân (Komilis và cộng sự, 2004; Wu và cộng sự, 2010). VSCs chứa
các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa lưu huỳnh và các hợp chất lưu huỳnh ở dạng khử
như hydrogen sulfide (H2S), methyl mercaptan (MM), dimethyl sulfide (DMS), dimethyl
disulfide (DMDS), carbonyl bisulfide (OCS) và carbon disulfide (CS 2) (Panetta và cộng
sự, 2005). Những hợp chất này được đặc trưng bởi ngưỡng phát hiện thấp và hoạt động
mùi mạnh vì vậy góp phần làm ô nhiễm mùi khi phát thải ở nồng độ thấp (Yu và cộng
sự,2007). Nồng độ của H2S, MM, DMS, DMDS và CS2 được giới hạn bởi Bộ Bảo Vệ
Môi Trường của Trung Quốc GB 14554-1993 (Tiêu chuẩn Trung Quốc, 1993) bởi vì
những hợp chất này gây ra mùi hôi thối và sức khỏe và đóng một vai trò lớn đến sự thay


đổi khí hậu toàn cầu (Le và cộng sự, 2005; Geng và Mu, 2006; Yi và cộng sự, 2008; Caro
và Gallego, 2009; Faloona, 2009).
Nhiều nghiên cứu đã đo được phát thải VSCs từ việc ủ phân MSW với rác thải nhà bếp
và rác thải xanh với MSW (Mao và cộng sự, 2006; D’lmporzano và cộng sự, 2008; He và
cộng sự, 2010; Wu và cộng sự, 2010; Zhang và cộng sự, 2011; Shen và cộng sự, 2012).
Những nghiên cứu này chỉ ra thành phần và tính chất của các nguyên liệu ủ có một ảnh


hưởng đáng kể đến nồng độ của VSCs. Việc ủ rác thải nhà bếp luôn luôn sinh ra VSCs
bởi vì quá trình lên men kị khí (Margaret và Thomas, 2010; Bogner và cộng sự, 2007).
Hơn nữa, Scaglia và cộng sự (2011) và Tsai và cộng sự (2008) cho rằng phát thải mùi có
liên quan đến VSCs trong quá trình ủ (p < 0,05). VSCs được tìm thấy chiếm khoảng 3538% phát thải VOCs trong quá trình ủ hiếu khí của rác thải nhà bếp (Komilis và cộng sự,
2004). VSCs được coi như là khí có mùi chiếm ưu thế phát sinh từ công nghiệp sinh học
bởi ngưỡng mùi rất thấp (Derikx và cộng sự, 1990).
Chủ đề cảu nghiên cưu này là so sánh phát thải của VSCs và sự biến đổi nước rỉ rác trong
quá trình ủ MSW 15-80mm, rác thải nhà bếp và rác thải nhà bếp trộn với thân ngô khô.
Kết quả của nghiên cứu này có thể giúp đánh giá hiệu quả của việc thu gom riêng chất
thải nhà bếp hữu cơ so với phân loại bằng máy móc.
2. Vật liệu và phương pháp
2.1. Nguyên vật liệu và cài đặt thử nghiệm
Các MSW phần nhỏ từ 15- 80 mm, được sử dụng trong nghiên cứu này được thu thập từ
trạm XiaoWuji MSW trước khi phân loại của nam Bắc Kinh. Trong trạm trước khi phân
loại này, MSW phần nhỏ được chia thành ba phần thông qua rây 15 và 80 mm, những rây
dưới 15 mm, 15-80 mm và nhiều hơn 80 mm. Trong nghiên cứu này, các MSW phần nhỏ
15-80 mm đã được sử dụng. Mẫu MSW bao gồm 67% chất thải nhà bếp, giấy 18%, 6%
nhựa và 9% chất thải khác. Thành phần này là gần với những người quan sát các nhà
nghiên cứu khác (Ông và các cộng sự. 2010). Chất thải nhà bếp là thu thập từ một hệ
thống thu gom riêng biệt ở phía nam Bắc Kinh và bao gồm 53% rau thừa, 23% vỏ trái
cây, 17% thừa phần của bữa ăn và 7% lá. Thân ngô băm nhỏ (với một chiều dài 2-5cm)
Đối với các thử nghiệm ủ phân, các MSW phần nhỏ 15-80 mm được ký hiệu là T0, T1 là
chất thải nhà bếp riêng biệt, và T2 là chất thải nhà bếp trộn với thân cây ngô khô với tỷ lệ
trọng lượng ướt của 4:1 (tỷ lệ thân cây ngô đã được lựa chọn dựa trên kết quả của một
nghiên cứu chưa được công bố được thực hiện bởi nhóm của chúng tôi). Các thuộc tính
của ba vật liệu ủ được thể hiện trong Bảng 1. Tất cả các phương pháp nghiên cứu đã được
phân tích trong ba lần sử dụng 60 L cách nhiệt bình ủ phân (bên trong có đường kính 0,36
m, chiều cao 0,6 m, làm đầy chiều cao của phân khoảng 0,5 m) với hệ thống thông khí
bắt buộc (Hình 1). Thiết kế và hoạt động của bình đã được mô tả chi tiết ở nơi khác (Shen
và cộng sự., 2011). thí nghiệm được thực hiện trong 9 bình cách điện đã được lấp đầy với
các vật liệu ủ. Ba bình đã được nạp với khoảng 29 kg 15-80 mm MSW, trong khi 3 bình
khác đã được nạp với khoảng 32 kg chất thải nhà bếp, và 3 bình còn lại đã được nạp với
khoảng 20 kg chất thải nhà bếp và hỗn hợp thân cây ngô. Các bình được điều khiển bởi
chương trình C-LGX, mà cho phép khí được điều khiển tự động theo thời gian hoặc trong


nhiệt độ. Sục khí bao gồm bơm không khí môi trường xung quanh vào lò phản ứng liên
tục với tốc độ 0,2 L (kg VCK phút)-1. Nhiệt độ trong bình cũng đã được ghi lại bởi các
chương trình C-LGX. Các Thí nghiệm được thực hiện từ ngày 20 tháng 12 năm 2010 đến
18 tháng 1 2011 (tổng = 30 ngày). Đống ủ đã được quay lại một lần một tuần. Mẫu rắn
được thu thập sáu lần trong suốt thí nghiệm (0, 3, 7, 14, 21, 30 ngày) tại ba lỗ thông hơi
lấy mẫu và trộn đều. Các mẫu rắn được chia thành mẫu tươi và mẫu không khí khô mà có
thể lọt qua rây 1 mm. độ pH đã được xác định trong mẫu tươi, trong khi tổng nitơ (TN),
tổng số carbon hữu cơ (TOC) và tổng số lưu huỳnh được xác định bằng mẫu không khí
khô. Mẫu khí được thu thập mười lần từ một mẫu lỗ thông hơi trên đầu trang của các
mạch trong suốt thí nghiệm (0, 3, 5, 7, 11, 15, 20, 25, 30 ngày). Nước rò rỉ đã được thu
thập ở phía dưới của cột tàu trong một bể chứa trung gian với một lỗ thoát nước điều
khiển bởi một van. Mẫu nước thải được thu thập từ lỗ thoát sử dụng một chai nhựa và cân
nặng hàng ngày.
2.2. phương pháp phân tích
VSCs được phân tích bằng một mô hình 5975N Sắc ký khí - MSD (GC-MSD, Agilent
Technologies, Hoa Kỳ) cùng với một Entech 7890 Preconcentrator (Entech , California,
Hoa Kỳ). Một SOC-01 thiết bị lấy mẫu được sử dụng để thu thập các mẫu khí. Để thực
hiện điều này, một mẫu túi khí (áp dụng cho các phát minh sáng chế, Trung Quốc) đã
được kết nối với bên cạnh các cổng đầu vào của thiết bị lấy mẫu và bịt kín bên trong thiết
bị lấy mẫu, trong khi các cổng ra của bình ủ được kết nối với cổng đầu vào của thiết bị
lấy mẫu của một ống cao su. Không khí bên trong thiết bị lấy mẫu được chiết xuất bởi
một máy bơm chân không làm cho thiết bị lấy mẫu ở trong trạng thái chân không. Để
cân bằng áp lực của thiết bị lấy mẫu, ủ mẫu khí được ép vào túi lấy mẫu khí chuyên dụng,
được kết nối trực tiếp đến các mẫu phun (áp dụng cho phát minh sáng chế, Trung Quốc).
Ba giai đoạn cryo-xi phông đã được sử dụng để tập trung VCSs trong mẫu không khí
trước khi phân tích GC-MSD. Trong giai đoạn đầu tiên, 50 ml mẫu không khí đã được rút
ra thông qua một cái bẫy nitơ lỏng với các hạt thủy tinh tại -150 oC với tốc độ dòng chảy
của 100 ml/ 1 phút. Sau đó, giai đoạn đầu tiên xi phông đã được đun nóng đến 10 0C và
các chất khí bị mắc kẹt đã được bởi 40 ml heli tại một dòng chảy 1,5 ml/phút tới một xi
phông giai đoạn thứ hai -40 0C. Sau đó, xi phông giai đoạn thứ hai sau đó đã được đun
nóng đến 180oC, sau đó khí đá được giải hấp nhiết được chuyển giao cho một giai đoạn
thứ ba bởi 30 ml heli đến xi phông ống mao dẫn ở -170 0C với tốc độ 1,5 ml/phút. Xi
phông sau đó nhanh chóng nóng lên đến 100 0C và VSCs cuối cùng đã được đưu vào hệ
thống GC-MSD xác định. Để phân tích, một máy in HP-1 mao mạch cột (60 m 0,32 mm
1,0 mm, Agilent Technologies, Hoa Kỳ) đã được sử dụng với heli làm khí mang. GC
nhiệt độ lò bước đầu đã được thiết lập tại -50 0C, nơi mà nó đã được tổ chức trong vòng 3


phút, sau khi mà nó đã được tăng lên đến 35 0C ở 15 0C min-1, sau đó đến 150 0C ở 5 0C
min-1, và sau đó đến 220 0C ở 15 0C min-1 , nơi mà nó đã được tổ chức cho 7 phút. Để
dựng đường chuẩn, tất cả VSCs ban đầu được pha loãng với nitơ tinh khiết đến 1000
ppmv như một hỗn hợp tiêu chuẩn chính. Hỗn hợp tiêu chuẩn là sau đó tiếp tục tự động
pha loãng với nitơ tinh khiết đến 0 ppbv (nitơ tinh khiết), 10 ppbv, 50 ppbv, 100 ppbv,
500 ppbv, 1000 và 5000 ppbv ppbv sử dụng lưu lượng bộ điều khiển và một buồng trộn.
Các tiêu chuẩn khí dung dịch loãng sau đó phân tích theo cách tương tự như các mẫu ủ.
Tất cả VSCs hiệu chỉnh cho thấy một mối tương quan liều đáp ứng tốt (R> 0,99) trong
khoảng 0-5000 ppbv. Mỗi ngày trước khi phân tích mẫu hệ thống đã được hiệu chỉnh với
một hỗn hợp 20 ppbv tiêu chuẩn. Nếu sự khác biệt tương đối phần trăm từ đường chuẩn
ban đầu được lớn hơn 20%, hiệu chuẩn lại được yêu cầu. phát hiện giới hạn cho MM,
DMS, CS2 và DMDS là 0,233 ppbv, 0,723 ppbv, 0.088 ppbv và 0,477 ppbv, tương ứng,
với một khối lượng mẫu 100 ml. Độ lệch chuẩn tương đối ít hơn 10% sau khi phân tích
ba lần lặp lại của một hỗn hợp tiêu chuẩn (10 ppbv) trên năm ngày liên tiếp.
Oxy (O2) lượng H2S được phân tích hàng ngày sử dụng một phân tích khí sinh học di
động (khí sinh học Kiểm tra, Geotech, Vương quốc Anh). khí sinh học phân tích có hai
bộ cảm biến tích hợp được sử dụng để xác định O 2 và H2S, tương ứng. Phạm vi đo của O2
và H2S là 0-25% (± 1% khối lượng) và 0-500 ppm (± 2.0% toàn diện), tương ứng. Ủ mẫu
khí được trích xuất bằng một ống hút bơm (được xây dựng trong phân tích khí sinh học,
lưu lượng khí: 550 ml phút 1) và sau đó được chuyển đến cổng đầu vào của máy phân
tích khí sinh học thông qua một Teflon ống có chứa một thành phần bộ lọc (2.0 µm
PTFE) được cài đặt trong các giữa các đường ống. Đánh giá này được khoảng 90 giây, và
giá trị đo của O2 và H2S được đọc trực tiếp từ màn hình. Phân tích khí sinh học di động
đã được hiệu chỉnh định kỳ theo các giao thức của nhà sản xuất. Mỗi ngày trước khi phân
tích mẫu cảm biến O2 đã được hiệu chỉnh trong không khí và cảm biến H 2S được hiệu
chuẩn với một khí tiêu chuẩn 1ppmv.
Độ pH của phân hữu cơ đã được xác định bằng máy đo pH kỹ thuật số để phân tích 1 g
mẫu phân tổng hợp huyền phù, lơ lửng trong 10 ml nước cất và trộn đều trong 30 phút.
các TKN và mục lục được xác định theo Tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc (NY 5252002). Độ ẩm được xác định bằng cách sấy khô các mẫu ở 105 0C cho đến khi trọng
lượng là không đổi (Thompson và cộng sự, 2002). Các thiệt hại vật chất đã được tính
toán dựa trên độ ẩm và trọng lượng của vật liệu phân trước và sau khi ủ. Nồng độ lưu
huỳnh nguyên tố đã được xác định sử dụng một Vario MACRO khối tiểu phân tích
(Elementar Analysensysteme Vario MACRO khối lập phương, Đức). Mật độ khối khác
nhau phụ thuộc vào các nguyên liệu được lắp đầy. Cụ thể, ba bình ủ đã được lấp đầy với


nguyên liệu ủ và sau đó nặng gấp ba lần, sau đó mật độ đã được xác định sử dụng công
thức sau:
Bi =
trong đó Bi là mật độ khối của vật liệu ủ (kgm -3), Mi là trọng lượng của vật liệu ủ (kg), Vi
là thể tích của vật liệu ủ (m3)
2.3. phân tích thống kê
Tính chất và độ lệch tiêu chuẩn của ba bản sao đã được báo cáo. Một chiều Phân tích
phương sai (ANOVA) được thực hiện để so sánh các phương pháp xử lý ủ phân, trong khi
so sánh giữa hai phương pháp xử lý được thực hiện bằng cách sử dụng ít nhất Kiểm tra sự
khác biệt đáng kể (LSD-t). SPSS cho Windows, phiên bản 15.0 (SPSS, 2007), được sử
dụng để thực hiện tất cả các phân tích thống kê.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Nhiệt độ và oxy (O2)
Như thể hiện trong hình, T0, T1 và T2 đạt đến một nhiệt độ > 55 0C vào ngày thứ 4, 6 và
3, tương ứng. Những phát hiện này chỉ ra rằng

Ủ phân từ chất thải nhà bếp đã có một pha trung gian môi trường dài hơn so với phương
pháp xử lý khác, mà có thể được gây ra bởi độ ẩm cao của T1 khi so sánh với T0 và T2
(Bảng 1) . Việc bổ sung các thân cây ngô có khả năng giảm độ ẩm của chất thải nhà bếp,


làm cho nhiệt độ của phân gia tăng. T0 và T2 đã gần như độ ẩm như nhau, nhưng mật độ
khối của T2 là thấp hơn nhiều so với T0, do đó, thể tích lỗ rỗng tăng trong phân và đẩy
nhanh sự phân hủy các chất hữu cơ. Nhìn chung, tất cả các nhiệt độ xử lý đạt tiêu chuẩn
của Trung Quốc > 550C trong 5-7 ngày cho sự cải thiện vệ sinh (Tiêu chuẩn Trung Quốc
chuẩn DB11/T 272-2005, 2005).
Những thay đổi về nồng độ O2 thoát ra và nhiệt độ của tất cả các phương pháp xử lý là
khác nhau trong quá trình ủ phân (Hình 2 và 3). Nồng độ O 2 giảm đột ngột trong tuần đầu
tiên, sau đó nồng độ O2 tăng lên khi nhiệt độ giảm. Cụ thể, nồng độ O2 thoát ra của T0
vẫn ở mức thấp (dưới 8%) trong khoảng 1 tuần, trong khi nồng độ O 2 thoát ra của T1 duy
trì ở mức này trong khoảng 10 ngày. Nồng độ O 2 thoát ra của T2 là từ 3,5% đến 8,0%
trong 8 ngày đầu tiên, nhưng vượt quá 18% vào ngày thứ 12. Theo cách phân tích
phương sai ANOVA cho thấy một sự khác biệt đáng kể trong O 2 giữa những phương pháp
xử lý (p <0,05), chỉ ra rằng tỷ lệ phân hủy sinh học của các chất hữu cơ trong chất thải
nhà bếp là chậm hơn so với MSW kích thước từ 15-80mm, và thêm thân cây ngô có thể
đẩy nhanh sự phân hủy của chất thải nhà bếp.
3.2. Sản phẩm của VSCs
Các hợp chất lưu huỳnh bày hơi đã được phát hiện trong tất cả các phương pháp xử lý là
hydrogen sulfide (H2S), methyl mercaptan (MM ), dimethyl sulfua (DMS), carbon
bisulfide (CS2) và dimethyl disulfide (DMDS). Mô hình phát thải và phát sinh tích lũy
của VSCs với thời gian ủ được trình bày trong hình . 4 . Tất cả các phát thải VSCs là
tương đối thấp vào đầu thời kỳ ủ, đạt giá trị cao nhất là sau 4-7 ngày, sau đó giảm đột
ngột cho đến khi san bằng sau khoảng 15 ngày. Hơn 80% lượng phát thải VSCs xảy ra
trong 15 ngày đầu tiên. Nghiên cứu trước đây cũng đã chỉ ra rằng VSCs chủ yếu được
phát ra trong giai đoạn đầu của sự phân hủy chất thải (Schlegelmilch và cộng sự, 2005;
Wu và cộng sự, 2010; Bipro và cộng sự, 2011; Zhang và cộng sự, 2011). Trong tất cả các
loại VSCs , H2S và khí thải MM từ T2 thấp hơn so với từ T0 và T1, được chỉ ra bởi nồng
độ trung bình tương ứng là 1,74, 2,82 và 4,81 mg khô kg -1 và 1.95, 2.97 và 4.71 mg khô
kg-1. DMS và DMDS phát thải từ T2 cũng thấp hơn so với những người từ T0 và T1 đáng
kể , với nồng độ trung bình tương ứng là 0,67, 1,77 và 3,69 mg khô kg -1 và 4.42, 7.52 và
14.13 mg khô kg-1. Khí thải CS2 cho tất cả các phương pháp xử lý tương đối là thấp hơn,
với nồng độ trung bình dao động từ 0,23 đến 0,69 mg khô kg -1 . Phân tích phương sai cho
thấy một sự khác biệt đáng kể giữa ba phương pháp xử lý cho tất cả các VSCs trừ MM (p
<0,05) . Tuy nhiên, LSD-t cho thấy một sự khác biệt đáng kể giữa T1 và T2 đối với MM
(p <0,05). So sánh các phương pháp xử lý khác nhau cho thấy rằng tất cả các loại VSCs
của T2 đều thấp hơn T0 và T1. Hơn nữa, việc bổ sung các thân cây ngô cho chất thải nhà
bếp dẫn đến sự giảm đáng kể lượng phát thải VSCs vì mật độ khối của các chất thải nhà


bếp giảm 47% (Bảng 1) . Điều này là có thể bởi vì, khi mật độ khối giảm, độ rỗng của
chất thải nhà bếp tăng , dẫn đến tăng cường sự phân phối O 2 và giảm các nơi xảy ra quá
trình kỵ khí trong đống ủ.
Được chấp nhận một cách rộng rãi rằng VSCs được phát sinh từ vật liệu hữu cơ trong quá
trình lên men kỵ khí và tỏa nhiệt hoặc lên men thiếu khí (Leach và cộng sự, 1999;
Statheropoulos và cộng sự, 2005; Higgins và cộng sự, 2006). Komilis và cộng sự (2004 )
báo cáo rằng phát thải đáng kể VSCs có thể xảy ra, ngay cả trong điều kiện hiếu khí. Sự
vận chuyển O2 kém do không được cung cấp đủ khí được coi là lý do chính phát sinh ra
khí có mùi trong quá trình phân huỷ MSW (Scaglia và cộng sự, 2011). Nhiệt độ đống
phân cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong sự bay hơi của các chất khí có mùi
tùy thuộc vào áp suất hơi của họ (Pierucci và cộng sự, 2005). Trong nghiên cứu này ,
phân tích thống kê cho thấy nhiệt độ O 2 và nhiệt độ có tương quan đáng kể cho tất cả các
phương pháp xử lý ( RT0 = -0,937 , RT1 = -0,916 , RT2 = -0,954 ), và các mô hình phát thải
trong năm hợp chất VSCs có tương quan đáng kể với nhiệt độ ủ và nồng độ O 2 (p <0,05).
Tóm lại, những phát hiện này chỉ ra rằng nhiệt độ cao và nồng độ O 2 thấp sẽ dẫn đến
lượng phát thải cao của VSCs. Những phân tích trên cho thấy tất cả các VSCs chủ yếu
được phát ra trong giai đoạn đầu của quá trình ủ và đạt giá trị đỉnh cao của họ ở nhiệt độ
ủ cao nhất. Tương tự như vậy, D' Imporzano và cộng sự, (2008) phát hiện ra rằng phát
sinh mùi nhiều xảy ra đồng thời với cả hoạt động mạnh của vi sinh vật và nhiệt độ ủ cao,
gây suy giảm O2 trong quá trình ủ chất thải thực phẩm. Vì vậy, giữ một phần áp suất riêng
cao của O2 trong khi duy trì một nhiệt độ ủ thích hợp có thể giảm lượng phát thải VSCs
trong thời gian ủ . Điều này có thể đạt được bằng cách tăng hàm lượng O 2 trong một đống
ủ qua việc làm thoáng khí bắt buộc hoặc bổ sung các tác nhân.
3.3. Tính chất vật lý và hóa học
Bảng 2 cho thấy thành phần ban đầu và cuối cùng và cân bằng khối lượng của phân.
Trong phân cuối cùng, sự mất TN từ T1 cao hơn nhiều so với T0 và T2. Tương tự như
vậy, sự mất TOC (total organic Carbon) từ T0 là cao hơn nhiều so với từ T1 và T2 . Sự
giảm chất khô tương tự như mô hình giảm TOC. Trong phân cuối cùng, sự mất của TS từ
T1 cao hơn nhiều so với sự mất từ T0 và T2. Khi so sánh với T1, sự mất lưu huỳnh đã
được giảm 40% và 90% đối với T0 và T2. Trong suốt quá trình ủ phân, nước rỉ rác tương
ứng là 0.19, 0.22 và 0 kg/kg nước sạch cho T0, T1 và T2, và tỷ lệ nước rỉ rác đã tăng
15,4% trong ủ chất thải nhà bếp khi so sánh với MSW 15-80mm. Ủ chất thải nhà bếp từ
việc thu thập riêng biệt mà không cần thêm các tác nhân như thân cây ngô sẽ mang lại
lượng lưu huỳnh lớn và sự mất nitơ, dẫn đến giảm các hàm lượng chất dinh dưỡng trong
phân bón. Hơn nữa, 19-22% các chất liệu thải được thải ra dưới dạng nước rỉ rác trong


quá trình ủ. Theo đó, đồng thời ủ phân từ chất thải nhà bếp và thân cây ngô khô có thể
giảm được lưu huỳnh và sự mất nitơ, trong khi tránh sự hình thành của nước rỉ rác.
Bảng 3 cho thấy tổng lượng phát thải của VSCs khác nhau cho tất cả ba phương pháp xử
lý. Tổng lượng khí thải VSCs tương ứng là 216.1, 379.3 và 126.0 mg kg -1 (DM) cho T0,
T1 và T2. Những phát hiện này chỉ ra rằng ủ chất thải nhà bếp từ việc thu thập riêng biệt
có thể có một tác động tiêu cực đối với phát thải VSC, trong khi thêm thân cây ngô khô
có thể làm giảm đáng kể lượng phát thải. Nó cũng là điều hiển nhiên rằng H2S là hợp chất
có nhiều nhất trong tổng số VSCs phát ra cho tất cả các phương pháp xử lý ủ, chiếm
tương ứng khoảng 40,4%, 39,1% và 42,6% tổng VSCs phát hành trong T0, T1 và T2.
DMDS là loài VSC lớn thứ hai phát ra cho tất cả các phương pháp xử lý ủ, chiếm 34,7%,
37,0% và 34,8% tổng VSC phát hành cho T0, T1 và T2. Cho tất cả các phương pháp điều
trị ủ, H2S và DMDS chiếm khoảng 75-78% tổng số phát thải của VSCs.
Theo đó, chúng cần phải được xem xét khi tính toán lượng khí quyển để giảm khí chứa
lưu huỳnh, không chỉ vì ngưỡng phát hiện thấp và hoạt động mùi mạnh mẽ, mà còn cũng
bởi vì DMDS có thể nhanh chóng bị oxy hóa thành SO 2 trong không khí và do đó đóng
một vai trò quan trọng trong hóa học khí quyển nếu lượng thực tế được phát ra từ các
nguồn như MSW hoặc sinh khối đốt ( Meinardi và cộng sự, 2003).
Nguồn thứ ba của VSCs là MM được phát ra trong quá trình ủ MSW. Cụ thể, lượng phát
thải MM chiếm tương ứng là 13,7%, 12,3% và 15,4 % tổng VSCs phát hành cho T0, T1
và T2. Lượng khí thải của DMS và CS 2 là tương đối thấp , chiếm tương ứng 8,1%, 9,7%
và 5,3% và 3,1% , 1,8% và 1,8 % tổng phát thải VSCs cho T0, T1 và T2. Lượng phát thải
của DMS và CS2 là tương đối thấp trong ủ MSW. Lượng phát thải của DMS được liên
quan vào các quá trình hóa học của các hạt lơ lững trong khí quyển và hình thành đám
mây (Andreae và Crutzen năm 1997; Faloona , 2009), và CS 2 là một chất gây ô nhiễm
không khí nguy hiểm theo quy định của Đạo luật bổ sung về Không khí sạch 1990
(CAAAs) của Hoa Kỳ. Dựa trên các phương pháp tính toán theo Wu và các cộng sự
(2010), VSCs phát ra trong điều kiện hiếu khí chiếm 3,0% , 4,3% và 1,7 % tổng lưu
huỳnh trong quá trình ủ. Những phát hiện này chỉ ra rằng một phần đáng kể của lưu
huỳnh trong MSW có thể được thải vào khí quyển dưới dạng VSCs, chủ yếu là H 2S và
DMDS, trong quá trình ủ MSW.
Mao và các cộng sự (2006) phát hiện ra rằng DMS là VSC lớn được sinh ra trong thời
gian ủ chất thải thực phẩm, trong khi Wu và các cộng sự (2010 ) báo cáo rằng DMDS là
VSC lớn được sản xuất trong thời gian ủ chất thải thực phẩm và Zhang và cộng sự (2011)
cho rằng MM là VSC phát ra chủ yếu. Những phát hiện này là rất khác nhau từ những
nghiên cứu này. Sự khác biệt này có thể đã xảy ra vì lượng phát thải của H 2S không được


tính toán vào các nghiên cứu khác. H2S đã được công nhận rộng rãi là một trong những
loại khí có mùi lớn được sinh ra trong thời gian ủ rác thải hữu cơ (Kim và cộng sự, 2006;
Pal và cộng sự, 2009) và do đó cần được kiểm soát trong quá trình ủ.
Độ ẩm là một yếu tố môi trường quan trọng trong một quá trình ủ dày đặc có liên quan
trực tiếp đến cung cấp oxy và hoạt động của vi sinh vật, do đó, nó ảnh hưởng đến nhiều
khía cạnh của quá trình phân huỷ (Jolanun et al, 2008). Độ ẩm của chất thải nhà bếp đã
được gián tiếp để đạt được điều kiện phân huỷ yếm khí (bằng cách hạn chế không gian
thoáng khí), gây ra mùi hôi và tăng cường thẩm thấu (Chang và Hsu , 2008 ) trong cả hai
vận chuyển và trút tải của các phần hữu cơ. Các giá trị cho chất thải hữu cơ được quan sát
cho độ ẩm là phù hợp với phạm vi (40 - 60% ) được đề nghị cho phát triển quá trình phân
huỷ (Li và cộng sự, 2005). Tuy nhiên , độ ẩm của chất thải nhà bếp là trên phạm vi này
(Bảng 1). Độ ẩm và lượng phát thải VSCs thấp hơn trong thời gian ủ của 15-80mm MSW
so với chất thải nhà bếp vì 15-80 mm MSW có một số vật liệu không phân hủy.
4 . Kết luận
Trong nghiên cứu này , VSCs tạo ra từ ủ từ 15 - 80 mm MSW , chất thải nhà bếp và chất
thải nhà bếp trộn với thân cây ngô khô được đo trong 60 -L lò phản ứng với thông khí bắt
buộc. Tổng cộng có năm VSCs đã được xác định, với H 2S là loại phổ biến. Các phát thải
của năm VSCs có tương quan đáng kể với nhiệt độ vật liệu và nồng độ O 2 thoát ra (p
<0,05). Tổng số khí thải của các VSCs tương ứng là 216,1 , 379,3 và 126,0 mg kg -1 ( chất
khô ) cho 15-80 mm MSW, chất thải nhà bếp và chất thải nhà bếp trộn với thân cây ngô
khô. Ủ chất thải nhà bếp từ việc thu thập riêng có ảnh hưởng tiêu cực đến phát thải VSCs,
trong khi thêm thân cây ngô tại một tỷ lệ trộn là 4:1 (trọng lượng ướt ) làm giảm lượng
phát thải VSCs bằng 66,8% . Do đó, thân cây ngô là một nguồn nguyên liệu tốt để kiểm
soát VSCs trong ủ chất thải nhà bếp.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×