Quá trình lên men kỵ khí của rác thải nhà bếp

Quy trình xử lý kỵ khí chất thải nhà bếp chủ yếu đề cập đến quá trình trong đó chất thải nhà bếp đã qua xử lý sơ bộ được lên men trong một thùng kín dưới tác động của vi khuẩn kỵ khí ở nhiệt độ nhất định thông qua công nghệ lên men kỵ khí chín muồi và ổn định để sản xuất biogas, và biogas được sử dụng để phát điện và sưởi ấm thông qua động cơ đồng phát nhiệt. Bùn biogas và chất thải biogas được sản xuất sau quá trình lên men có thể được tái sử dụng làm phân bón sau khi được xử lý vô hại và tái chế, từ đó thực hiện việc giảm thiểu và tái sử dụng rác thải. Lấy quá trình kỵ khí hai giai đoạn làm ví dụ, quá trình lên men kỵ khí của rác thải nhà bếp chủ yếu bao gồm:

1. Xử lý sơ bộ chất thải nhà bếp
2. Quá trình axit hóa bằng thủy phân
3. Sản xuất biogas
4. Xử lý và tái sử dụng bùn biogas, chất thải biogas và dầu thải.

1. Xử lý sơ bộ chất thải nhà bếp

Sau khi rác thải nhà bếp được vận chuyển đến khu vực xử lý bằng xe thu gom và vận chuyển, nó được đổ vào thùng chứa rác. Vì túi nhựa được sử dụng để thu gom rác thải tại các địa điểm sản sinh rác thải thực phẩm như nhà hàng, rác thải được đưa vào thùng chứa sẽ được nghiền nhỏ và phá vỡ túi bằng máy nghiền. Các hạt rác nghiền có kích thước khác nhau tùy theo yêu cầu của quy trình, và kích thước hạt thường khoảng 10 ~ 20mm. Rác thải thực phẩm được thu gom và vận chuyển thường chứa một lượng nhất định các chất gây nhiễu, như giấy, kim loại, xương và các chất khác. Các chất này không thể phân hủy trong quá trình lên men kỵ khí, do đó các tạp chất cần được lọc ra bằng Máy tháo bao bì thực phẩm Trong giai đoạn tiền xử lý, và hàm lượng chất hữu cơ sau khi tách có thể lên đến 99%.

Cuối cùng, các tạp chất hoặc chất hữu cơ đã được tách ra có thể được đưa vào quá trình tách rắn-lỏng. Qua quá trình xử lý chất thải Máy tách nướcMột phần các chất rắn có thể được tách ra khỏi rác thải, và chỉ các chất phân hủy được đưa vào phản ứng, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của bể lên men kỵ khí, đảm bảo sự ổn định trong quá trình sản xuất khí, và đồng thời đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của toàn bộ hệ thống lên men kỵ khí.

2. Axit hóa thủy phân

Rác thải nhà bếp đã qua xử lý sơ bộ được đưa vào bể thủy phân và axit hóa để thực hiện quá trình thủy phân và axit hóa. Trước đó, có thể bố trí thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ của rác thải trong quá trình vận chuyển qua ống dẫn, đảm bảo đạt được nhiệt độ yêu cầu cho quá trình thủy phân và axit hóa, từ đó tránh sự dao động lớn về nhiệt độ trong phản ứng.

Dưới tác động của nước và vi khuẩn phân hủy axit trong phản ứng, rác thải hữu cơ dần được chuyển hóa từ các chất hữu cơ có khối lượng lớn và phân tử lớn thành các axit hữu cơ phân tử nhỏ, đồng thời các khí như carbon dioxide, hydro, hydro sunfua và các khí tương tự được giải phóng. Các axit hữu cơ được sản xuất trong giai đoạn thủy phân và axit hóa chủ yếu là axit axetic, axit propionic và axit butyric. Do quá trình thủy phân và axit hóa diễn ra nhanh chóng, môi trường axit được hình thành nhanh chóng trong bể phản ứng, tức là giá trị pH giảm xuống. Mặc dù khả năng chịu axit của vi khuẩn thủy phân và axit hóa rất tốt, nhưng khi giá trị pH quá thấp, vi khuẩn vẫn bị ức chế, dẫn đến hiệu quả phân hủy thấp.

Để giải quyết vấn đề này, có thể thêm các chất kiềm vào bể phản ứng để trung hòa, nhưng việc thêm các chất kiềm sẽ làm tăng độ mặn, điều này sẽ có tác động tiêu cực đến quá trình lên men kỵ khí và xử lý bùn biogas. Ngoài ra, để giải quyết vấn đề pH quá thấp, nước tuần hoàn có pH cao hơn (khoảng 8) cũng có thể được sử dụng để trung hòa. Việc sử dụng nước tuần hoàn có thể giải quyết một phần vấn đề xử lý bùn biogas sau quá trình lên men và thực hiện việc tái sử dụng các chất trong nhà máy lên men kỵ khí. Đồng thời, việc sử dụng nước tuần hoàn cũng có thể bổ sung một phần chất dinh dưỡng và kim loại hiếm cho vi khuẩn kỵ khí sử dụng, nhằm tránh sự suy giảm hoạt động hoặc thậm chí chết của vi khuẩn do thiếu dinh dưỡng.

Khí được sản xuất trong giai đoạn axit hóa thủy phân chứa hydro sunfua, không thể xả trực tiếp vào không khí. Sau khi xử lý khử lưu huỳnh, khí có thể được xả trực tiếp hoặc sử dụng cho các mục đích khác.

Nhiệt độ của giai đoạn axit hóa thủy phân thường được kiểm soát trong khoảng từ 25°C đến 35°C và không thay đổi theo sự biến đổi nhiệt độ của giai đoạn methanogen. Việc duy trì nhiệt độ trong phản ứng viên có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt sinh ra sau quá trình đồng phát điện từ điểm nóng biogas.

3. Sản xuất metan

Giai đoạn sản xuất metan, còn được gọi là giai đoạn sản xuất khí, là giai đoạn chính của quá trình lên men kỵ khí, và các sản phẩm chính của quá trình lên men kỵ khí được tạo ra từ giai đoạn này. Do đó, việc kiểm soát giai đoạn này là chìa khóa để kiểm soát toàn bộ quá trình xử lý kỵ khí.

Các sản phẩm trong giai đoạn axit hóa thủy phân, như axit hữu cơ, hydro hòa tan trong dung dịch và khí carbon dioxide, được vận chuyển vào bể sản xuất metan qua các đường ống. Tại đây, axit hữu cơ và khí được chuyển đổi tiếp thành khí metan và khí carbon dioxide trong phản ứng. Do khí hydro sunfua đã được giải phóng trong giai đoạn axit hóa thủy phân, lượng khí hydro sunfua được tạo ra trong giai đoạn sản xuất metan rất nhỏ và gần như có thể bỏ qua.

Vì vật liệu đưa vào bể sản xuất metan là axit hữu cơ sau quá trình thủy phân và axit hóa, bể phản ứng có thể thích ứng với tải lượng hữu cơ cao hơn và rút ngắn thời gian lưu của vật liệu. Theo kinh nghiệm hiện có ở nước ngoài, tải lượng hữu cơ của phản ứng thường là 3 – 4,5 kg oTS/m³/ngày. Sản lượng biogas có thể duy trì trong khoảng 700 – 900 L/kg oTS, và nồng độ metan trong biogas nằm trong khoảng 60% đến 75%.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men kỵ khí, chẳng hạn như nhiệt độ, giá trị pH trong bể phản ứng, tỷ lệ carbon trên nitơ trong chất thải đầu vào, v.v. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của quá trình phân hủy kỵ khí.

4. Xử lý và tái sử dụng bùn biogas, chất thải biogas và dầu thải.

Các sản phẩm còn lại sau quá trình lên men kỵ khí vẫn có hàm lượng nước cao sau khi ra khỏi bể lên men và không thể chôn lấp trực tiếp, mà cần phải được tách nước trước. Sau khi tách nước bằng ly tâm, các chất thải lên men sẽ tạo ra bùn biogas và chất thải biogas. Bùn biogas và chất thải biogas giàu nitơ, phốt pho, kali, các nguyên tố vi lượng và các chất dinh dưỡng khác mà cây trồng cần, và có thể được sử dụng làm phân bón hữu cơ.

Chất béo trong rác thải nhà bếp thường được tách khỏi rác thải thông qua quá trình tách dầu-nước ở giai đoạn tiền xử lý. Các loại dầu và chất béo này có thể được chuyển đổi thành biodiesel hoặc các nguyên liệu thô công nghiệp hóa học khác cùng với dầu thải tái chế và dầu ăn thải bằng các phương pháp hóa học hoặc sinh học, từ đó mang lại lợi ích kinh tế cao hơn. Thông qua quá trình tách, xử lý và tận dụng mỡ, phát minh này không chỉ thực hiện việc tái sử dụng tài nguyên rác thải và tạo ra lợi nhuận kinh tế tốt hơn, mà còn có thể loại bỏ việc sản xuất "dầu cống" từ nguồn gốc, khiến "dầu cống" không quay trở lại bàn ăn của con người, từ đó đảm bảo an toàn thực phẩm và tránh gây hại cho sức khỏe con người.