Luận án Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỳ khí ở chế độ lên men nóng

, loại phát triển nhanh thì  lớn và 
ngược lại. 
Trong một hệ xử lý, nhu cầu về vật chất để vi sinh vật phát triển phù hợp với 
biểu thức (2.2) rất ít khi được thỏa mãn. Khi mà một trong những nhu cầu chính 
không đáp ứng được thì tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật sẽ giảm. Mức độ suy 
giảm được quy về sự biến đổi giá trị hệ số phát triển riêng . 
Theo Monod,  có thể được tính toán theo [5] , [93] : 
68 
 = 
SK
S
S 
.max (2.2) 
Với max: hệ số phát triển riêng cực đại, nó chính là giá trị  khi mọi điều 
kiện về nhu cầu của vi sinh vật được đáp ứng đầy đủ. 
 S là nồng độ của các yếu tố chính liên quan đến vi sinh vật. 
KS: hệ số bán bão hòa. 
Được phát triển từ phương trình Monod, phương trình Contois được biểu 
diễn bằng phương trình (2.3) [120] . 
 = 
SXK
S
 .
.max (2.3) 
Với X được biểu diễn bằng phương trình sau: 
X-Xo = Y. (So- S) 
 So: nồng độ cơ chất dòng vào (g/m
3
). 
 S: nồng độ cơ chất dòng ra (g/m3). 
 X: Nồng độ vi sinh trong hệ (g/m3). 
 Y: hiệu suất tạo sinh khối (gCOD/gCOD) 
2.4.1.2. Xác định thông số động học từ thực nghiệm 
 Khi tính toán thiết kế hệ xử lý kỵ khí chất thải theo mô hình động học cần 
biết các giá trị của các thông số động học. Giá trị đặc trưng cho quá trình động học 
hệ số phân hủy nội sinh kd có thể xác định từ thực nghiệm đối với một hệ cụ thể. 
 Thiết bị để xác định các thông số động học là một bình phản ứng chứa nồng 
độ vi sinh X, được khuấy trộn đều hoạt động liên tục. Nồng độ cơ chất ở dòng vào 
là So, tại đầu ra là S. Nồng độ vi sinh tại đầu vào là Xo, tại đầu ra là Xe. 
 Thời gian lưu thủy lực của hệ thí nghiệm là  và được xác định bằng biểu 
thức 2.4 [4] , [93] . 
Q
V
  (2.4) 
 Thời gian lưu bùn (tuổi bùn) là c chính là thời gian tồn tại của vi sinh vật 
trong hệ xử lý và được xác định bằng phương trình 2.5 [5]: 
69 
d
o
C
k
X
SS
Y 
 .
.
1
 (2.5) 
Trong điều kiện bể phản ứng kỵ khí được khuấy trộn đều, thời gian lưu thủy 
lực bằng thời gian lưu tế bào [116] . 
 = C. 
Từ đây ta có giá trị kd được xác định bằng biểu thức 2.6 [5] : 
V
Q
XV
SSQ
Yk op 
..
)(
. (2.6) 
Để thu được thông số động học tin cậy, thí nghiệm cần được tiến hành với S 
biến động trong khoảng rộng, tức là với giá trị c rất khác nhau. Các số liệu Q, So, 
S, X cần có tính đại diện cao. 
Tuy nhiên để rút ngắn thời gian thí nghiệm, có thể sử dụng các phần mềm 
mô phỏng quá trình xử lý kỵ khí để xác định được thông số động học của quá trình. 
Đối với quá trình xử lý kỵ khí, các phần mềm mô phỏng quá trình xử lý kỵ khí của 
chất thải thường áp dụng mô hình động học ADM1 để đánh giá quá trình xử lý kỵ 
khí của chất thải. 
2.4.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH PHÂN HỦY KỲ KHÍ ADM1 
Với mục đích hỗ trợ cho thiết kế các nhà máy công nghiệp, để mô phỏng tính 
toán tải lượng và tính chất của các dạng chất hữu cơ khác nhau đồng thời giúp cho 
việc quản lý các hoạt động của các nhà máy, một vài mô hình động học liên quan 
đến quá trình phân hủy kỵ khí được phát triển trong vòng 30 năm cuối thế kỷ XX. 
Các mô hình đầu tiên rất đơn giản, chỉ bao gồm các công thức như mô hình 
Andrew năm 1971; Hill năm 1982,... Sau đó nhiều mô hình tinh vi hơn được phát 
triển để đạt được mức độ có thể đáp ứng được các khía cạnh phức tạp của quá trình 
phân hủy kỵ khí như mô hình thuộc nhóm của Costllo, 1991; Siegrist và cộng sự, 
1993; Angelidaki, 1993; Bastone, 2000 [14] . Trong những năm tiếp sau, nhờ sự 
nghiên cứu chuyên sâu, sự hợp tác của các tổ chức chuyên sâu thì việc phân tích 
quá trình kỵ khí, mô hình hóa- mô phỏng đã thành công với nhiều mô hình động 
70 
học tinh vi được biết đến như mô hình ADM1. Mô hình này mô tả gần như hoàn 
chỉnh cơ chất bằng các thành phần hữu cơ và vô cơ. 
Đối với quá trình phân hủy kỵ khí bùn cặn và nước thải, mô hình ADM1 [41] 
được coi là mô hình hữu hiệu và được sử dụng rộng rãi nhất, được thiết lập bởi 
nhóm các chuyên gia của Hiệp hội nước quốc tế (IWA). Mô hình xử lý kỵ khí 
ADM1 được thiết lập năm 1997 tại Hội nghị lần thứ 8 về Bể phân hủy kỵ khí 
(Sendai, Nhật Bản). 
2.4.2.1. Mô hình động học ADM1 
Trong bể phản ứng kỵ khí bao gồm phần thể tích chứa chất lỏng và thể tích 
phía trên để sinh khí. Mô hình mô tả dòng đầu vào và đầu ra (qvào = qra,) được thể 
hiện trong hình 2.8. 
Hình 2.8. Sơ đồ cân bằng chất trong bể phản ứng kỳ khí [41] 
Ghi chú: 
qvào: lưu lượng cơ chất dòng vào, m
3
/ngày; 
qra: lưu lượng cơ chất dòng ra dạng lỏng, m
3
/ngày; 
qkhí: lưu lượng cơ ch ất dòng ra dạng khí, m
3
/ngày; 
 Vkhí: thể tích pha khí, m
3
; 
Vliq: thể tích pha lỏng, m
3
; 
Svào: nồng độ thành phần đầu vào dạng lỏng, kgCOD/m
3
; 
Sliq: nồng độ thành phần đầu ra dạng lỏng, kgCOD/m
3
; 
Skhí: nồng độ thành phần đầu ra dạng khí, kgCOD/m
3
; 
Xvào: nồng độ cơ chất dòng vào, kgCOD/m
3
); 
Pha khí 
Pha lỏng 
Quá trình sinh học 
Quá trình hóa học 
Vliq 
Sliq,1 
Sliq,2 
. 
. 
Xliq,24 
Pha khí Vkhí 
 khí,T 
qvào 
Svào,1 
Svào,2 
. 
. 
Xvào, 24 
qra 
Sliq,1 
Sliq,2 
. 
. 
Xliq, 24 
qkhí 
Skhí,1, khí,1 
Skhí,2, khí,2 
Skhí,3, khí,3 
71 
Xliq: nồng độ cơ chất dòng ra dạng lỏng, kgCOD/m
3
); 
 khí: nồng độ chất khí. 
Quá trình phân hủy kỵ khí phụ thuộc vào quá trình sinh hóa hay các thông số 
động học của cơ chất. 
Đối với pha lỏng 
Phương trình cân bằng chất đối với S trong pha lỏng được biểu diễn dưới 
dạng 2.7 [41] : 

191
,
.,,,
.
.
j
jij
liq
railiq
liq
ivàovàoiliq
V
qS
V
Sq
dt
dS
 (2.7) 
Trong đó, 
 191
,.
j
jij là tổng các giá trị tốc độ động học của quá trình j với ji , . (Bảng 
3.2, 3.3). 
Đối với pha khí 
Các phản ứng hóa lý giữa pha khí – lỏng trong ADM1 
Có ba khí chính được đề cập đến trong pha khí của mô hình ADM1 là CH4, 
CO2 và H2. Quá trình chuyển CH4, CO2 và H2 vào pha khí được tính bằng lý thuyết 
hai lớp màng. 
 Giả thiết các khí đều tuân theo định luật khí lý tưởng và tổn tại đẳng nhiệt 
với nhiệt độ của pha lỏng trong một thể tích và áp suất không đổi. Sử dụng các giả 
thiết trên thì phương trình động học chất ”i” trong pha khí được viết như sau [41] : 
224,,
,
,,. HCOCH
V
V
S
V
q
dt
dS
iT
khí
liq
ikhí
khí
khíikhí (2.8) 
Trong đó: 
 qkhí (l/ngày): lưu lượng khí 
 Vliq (l): thể tích phản ứng của pha lỏng. 
 Vkhí (l): thể tích phản ứng của pha khí 
 Skhí,i (mol/l): nồng độ của các thành phần khí ”i” trong pha khí 
 .,iT : vận tốc chuyển đổi khí i. 
.,iT = kLa. (KH.Pkhí,I – Sliq,i).i = CH4, CO2, H2. (2.9) 
 KLa (1/ngày): hệ số chuyển khối khí – lỏng 
 KH (Mbar
-1): hằng số định luật Henry’s 
 Sliq,i (M): nồng độ pha lỏng của thành phần khí ”i” 
72 
 Pkhí,i (bar): áp suất riêng phần của khí ”i” được tính theo định luật khí lý 
tưởng. 
16
.
.
22 ,,
op
HkhíHkhí
TR
SP (2.10) 
64
.
.4,, 4
op
CHkhíCHkhí
TR
SP (2.11) 
 opCOkhíCOkhí RTSP .22 ,, (2.12) 
Bằng cách cộng nồng độ của các khí trong phương trình (2.8) và giả thiết 
tổng áp suất của các khí lên chất lỏng bằng áp suất bay hơi của nước ở nhiệt độ 
phản ứng. Lượng khí sinh ra được tính theo công thức 2.13 [41] : 
)
6416
(.
.
2
42
2
,
..
,
COT
CHTHT
liq
OHkhíatm
op
khí V
PP
TR
q 
 (2.13) 
 R: hằng số (8,314 x 10-2) bar M-1K-1 (bar m3kmol-1K-1) 
 T: nhiệt độ đo bằng độ K. 
Áp suất của khí được biểu diễn bằng công thức 3.14 [41] : 
 Pkhí = pkhí, H2 + pkhí, CH4 + pkhí, CO2 + pkhí,H2O (2.14) 
qkhí = kp (Pkhí – Patm) (2.15) 
Trong đó kp: hệ số sức kháng của ống (m
3
/ngày/bar) 
 Pkhí: tổng áp suất của khí (trung bình 1,013 bar). 
 Patm: Áp suất ngoài (áp suất không khí) (bar). 
2.4.2.2. Mô tả các phản ứng và thành phần của mô hình ADM1 
Trong mô hình ADM1, quá trình biến đổi được chia thành hai dạng chính là 
phản ứng sinh học và quá trình hóa lý. 
 Các phản ứng sinh học: Quá trình này thông thường được xúc tác bởi các 
enzym nội bào hoặc ngoại bào và hoạt động dựa trên các cơ chất có sẵn. Sự phân 
giải các cơ chất hữu cơ và sinh khối thành các thành phần rắn và tiếp theo các 
enzym ngoại bào sẽ phân hủy chúng thành các chất tan đơn giản. Sau đó các chất 
tan được phân giải tiếp nhờ xúc tác của enzym nội bào. Sinh khối phát triển và suy 
giảm là kết quả của quá trình này. 
 Quá trình hóa lý: chủ yếu dùng để mô tả các liên kết ion và quá trình vận 
chuyển khí hình thành từ các phản ứng trong pha lỏng đi vào vùng thu khí. Trong 
73 
ADM1 được mô tả thành 19 quá trình bao gồm: 1 quá trình phân hủy, 3 quá trình 
thủy phân, 8 quá trình chuyển hóa và 7 quá trình phân hủy chất rắn [41] . 
Các thành phần của mô hình động học ADM1 
 Mô hình ADM1 bao gồm 24 thành phần chính đặc trưng bởi 24 biến số 
thành phần. 24 thành phần ADM1 bao gồm 12 cấu tử hòa tan (S) và 12 cấu tử dạng 
rắn (X) [41] được mô tả như bảng 2.13. 
Bảng 2.13. Các thành phần của mô hình ADM1 
STT Thành phần 
mô hình 
Mô tả Đơn vị 
Cấu tử hòa tan 
1 Ssu Monosatcarit kg.COD.m
-3 
2 Saa Aminoaxit kg.COD.m
-3
3 Sfa Axit béo kg.COD.m
-3
4 Sva Valerate tổng kg.COD.m
-3
5 Sbu Butyrate tổng kg.COD.m
-3
6 Spro Propionate tổng kg.COD.m
-3
7 Sac Acetate tổng kg.COD.m
-3
8 Sh2 Khí hydro kg.COD.m
-3
9 Sch4 Khí metan kg.COD.m
-3
10 SIC Cacbon vô cơ kg.COD.m
-3
11 SIN Nitơ vô cơ kg.COD.m
-3
12 SI Chất tan trơ kg.COD.m
-3
Cấu tử dạng rắn 
13 XC Hỗn hợp ban đầu kg.COD.m
-3
14 Xch Cacbon hydrate kg.COD.m
-3
15 Xprot Protein kg.COD.m
-3
16 Xli Lipit kg.COD.m
-3
74 
17 Xsu Đường phân hủy kg.COD.m
-3
18 Xaa Aminoaxit phân hủy kg.COD.m
-3
19 Xfa Axit béo phân hủy kg.COD.m
-3
20 Xc4 Valerate và butyrate 
phân hủy 
kg.COD.m
-3
21 Xpro Propionate phân hủy kg.COD.m
-3
22 Xac Acetate phân hủy kg.COD.m
-3
23 Xh2 Hydro phân hủy kg.COD.m
-3
24 XI Thành phần rắn trơ kg.COD.m
-3
Hệ số tỷ lƣợng và động học của mô hình ADM1 
 Để chạy phần mềm GPS-X phải thiết lập ma trận gồm các biến số và phương 
trình toán học để chạy phần mềm. Ma trận hệ số tỷ lượng vij và vận tốc phản ứng 
dạng phương trình Monod mở rộng cho từng quá trình j trong mô hình ADM1 được 
biểu thị trong bảng 2.14 và 2.15. 
74 
Bảng 2.14. Ma trận hệ số tỷ lƣợng (vij) và phƣơng trình động học rj cho các chất tan (i=1-12, j=1-19) 
 Thành phần 
 i 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tốc độ động học ( i
, kg COD/m-3.ngày) 
j Quá trình  Ssu Saa Sfa Sva Sbu Spro Sac Sh2 SCH4 SIC SIN SI 
1 Phân hủy fsl,xc kdis.XC 
2 Thủy phân 
cacbonhydrate 
1 khyd,ch.Xch 
3 Thủy phân 
Protein 
 1 khyd,pr.Xpr 
4 Thủy phân 
lipid 
1-ffa,li 1-ffa,li khyd,li.Xli 
5 Chuyển hóa 
đường 
-1 (1-Ysu).fbu,su (1-Ysu).fpro,su (1-Ysu).fac,su (1-Ysu).fh2,su 
2411,9
5,
i
iivC
-(Ysu).Nbac 
1. .lX
SK
s
k su
s
su
sum
6 Chuyển hóa 
Amino axit 
 -1 (1-Yaa).fva,aa (1-Yaa).fbu,aa (1-Yaa).fpro,aa (1-Yaa).fac,aa (1-Yaa).fh2,aa 
2411,9
6,
i
iivC
Naa-(Yaa).Nbac 
1. .lX
SK
s
k aa
aas
aa
aam
7 Chuyển hóa 
LCFA 
 -1 (1-Yfa).0.7 (1-Yfa).0.3 -(Yfa).Nbac 
2. .lX
SK
s
k fa
fas
fa
fam
8 Chuyển hóa 
Valerate 
 -1 (1-Yc4).0.54 (1-Yc4).0.31 (1-Yc4).0.15 -(Yc4).Nbac 
l
SS
X
SK
s
k
vabu
c
vas
va
cm
 1
1
.44. 
9 Chuyển hóa 
Butyrate 
 -1 (1-Yc4).0.8 (1-Yc4).0.2 -(Yc4).Nbac 
l
SS
X
SK
s
k
buva
c
bus
bu
cm
 1
1
.44. 
10 Chuyển hóa 
Propionate 
 -1 (1-Ypro).0.57 (1-Ypro).0.43 
2411,9
10,
i
iivC
-(Ypro).Nbac 
2. .lX
SK
s
k pro
pros
pro
prm
11 Chuyển hóa 
Acetate 
 -1 (1-Yac) 
2411,9
11,
i
iivC
-(Yac).Nbac 
3. .lX
SK
s
k ac
acs
ac
acm
75 
12 Chuyển hóa 
Hydrogen 
 -1 (1-Yh2) 
2411,9
12,
i
iivC 
-
(Yh2).Nbac 
12
2
2
2. .lX
SK
s
k h
hs
h
hm
13 Phân hủy Xsu Kdec, Xsu. Xsu 
14 Phân hủy Xaa Kdec, Xaa Xaa 
15 Phân hủy Xfa Kdec, Xfa. Xfa 
16 Phân hủy Xc4 Kdec, Xc4. Xc4 
17 Phân hủy Xpro Kdec, Xpro. Xpro 
18 Phân hủy Xac Kdec, Xac. Xac 
19 Phân hủy Xh2 Kdec, Xh2. Xh2 
Đ
ư
ờ
n
g
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 A
m
in
o
ax
it
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 L
C
A
F
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
 V
al
er
at
e 
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
 B
u
ty
ra
te
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
P
ro
p
io
n
at
e
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
 A
ce
ta
te
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 H
y
d
ro
g
en
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 M
et
an
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 C
ac
b
o
n
 v
ô
 c
ơ
(k
m
o
le
 C
/m
3
) 
 N
it
ơ
 v
ô
 c
ơ
(k
m
o
le
 N
/m
3
) 
 C
ác
ch
ất
ta
n
p
h
ân
 h
ủ
y
 c
h
ậm
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
76 
Bảng 2.15. Ma trận hệ số tỷ lƣợng (vij) và phƣơng trình động học rj cho các chất tan (i=13-24, j=1-19) 
 Thành phần i 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Vận tốc động học ( i
, kg COD.m-3. 1/ngày) 
j Quá trình  Xc 
X
ch 
X
pr 
X
li 
X
su 
X
aa 
X
fa 
X
c4 
X
pro 
X
ac 
X
h2 
X
I 
1 Phân hủy -1 fch,xc fpr,xc fli,xc fxl,xc kdis.XC 
2 Thủy phân cacbonhydrate -1 khyd,pr.Xpr 
3 Thủy phân Protein -1 khyd,pr.Xpr 
4 Thủy phân lipid -1 khyd,li.Xli 
5 Chuyển hóa đường Ysu 
1. .lX
SK
s
k su
s
su
sum
6 Chuyển hóa Amino axit Yaa 
1. .lX
SK
s
k aa
aas
aa
aam
7 Chuyển hóa LCFA Yfa 
2. .lX
SK
s
k fa
fas
fa
fam
8 Chuyển hóa Valerate Yc4 
l
SS
X
SK
s
k
vabu
c
vas
va
cm
 1
1
.44. 
9 Chuyển hóa Butyrate Yc4 
l
SS
X
SK
s
k
buva
c
bus
bu
cm
 1
1
.44. 
10 Chuyển hóa Propionate Ypro 
2. .lX
SK
s
k pro
pros
pro
prm
11 Chuyển hóa Acetate Yac 
3. .lX
SK
s
k ac
acs
ac
acm
12 Chuyển hóa Hydrogen Yh2 
12
2
2
2. .lX
SK
s
k h
hs
h
hm
13 Phân hủy Xsu 1 -1 Kdec, Xsu. Xsu 
77 
14 Phân hủy Xaa 1 -1 Kdec, Xaa Xaa 
15 Phân hủy Xfa 1 -1 Kdec, Xfa. Xfa 
16 Phân hủy Xc4 1 -1 Kdec, Xc4. Xc4 
17 Phân hủy Xpro 1 -1 Kdec, Xpro. Xpro 
18 Phân hủy Xac 1 -1 Kdec, Xac. Xac 
19 Phân hủy Xh2 1 -1 Kdec, Xh2. Xh2 
Đ
ư
ờ
n
g
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 A
m
in
o
ax
it
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 L
C
A
F
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
 V
al
er
at
e 
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
 B
u
ty
ra
te
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
P
ro
p
io
n
at
e
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 T
ổ
n
g
 A
ce
ta
te
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 H
y
d
ro
g
en
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 M
et
an
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
 C
ac
b
o
n
 v
ô
 c
ơ
(k
m
o
le
 C
/m
3
) 
 N
it
ơ
 v
ô
 c
ơ
(k
m
o
le
 N
/m
3
) 
 C
ác
ch
ất
ta
n
p
h
ân
h
ủ
y
ch
ậm
(k
g
 C
O
D
/m
3
) 
78 
2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 
 Chương 2 đã đưa ra những khái niệm cơ bản về nguyên lý quá trình xử lý kỵ 
khí, các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình xử lý kỵ khí bao gồm: pH, nhiệt 
độ, thời gian lưu, tải lượng hữu cơ. Ngoài ra các yếu tố ức chế như amoniac, 
hydrogen và VFA cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý kỵ khí. 
 Bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm có khả năng phân hủy sinh học kỵ khí. 
Khả năng sinh khí metan, tiềm năng sinh năng lượng (điện năng, nhiệt năng) trung 
bình trên tấn chất thải của chất thải thực phẩm cao hơn 4,1 lần so với bùn bể tự 
hoại. Vì vậy, nếu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ không chỉ xử lý được 
chất thải, giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra năng lượng điện phục vụ 
vận hành cho bản thân trạm xử lý, không cần cung cấp điện năng cho quá trình vận 
hành quá trình xử lý kỵ khí. Ngoài ra cung cấp thêm cả nhiệt năng được cấp phục 
vụ cho gia nhiệt bể phản ứng. Ngoài ra còn có thể cung cấp thêm năng lượng điện 
phát vào mạng lưới cấp điện của thành phố. 
Bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm đô thị nói chung và khu vực Hà Nội 
nói riêng có giá trị COD cao, có khả năng phân hủy sinh học, không chứa độc tố và 
có tỉ lệ COD/N rất khác nhau. Từ kết quả phân tích bùn bể tự hoại cho thấy tỉ lệ 
COD/N của bùn bể tự hoại dao động trong khoảng 9-18/1 (Kết quả thí nghiệm tham 
khảo phụ lục 1, bảng 1.1). Trong khi đó, giá trị COD/N của chất thải thực phẩm cao 
hơn nhiều so với bùn bể tự hoại, dao động trong khoảng 85-179/1 (Kết quả thí 
nghiệm tham khảo phụ lục 1, bảng 1.2). Để đảm bảo tỉ lệ dinh dưỡng, giá trị 
COD/N từ 70-200/1 [86] . Nếu xử lý kỵ khí riêng bùn bể tự hoại sẽ không đảm bảo 
cân bằng dinh dưỡng trong bể phản ứng. Việc xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất 
thải thực phẩm sẽ đảm bảo tỷ lệ C/N trong bể phản ứng để quá trình xử lý diễn ra ổn 
định. 
 Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy quá trình xử lý kỵ khí ở chế độ lên 
men nóng đối với chất thải thực phẩm, với bùn trạm xử lý có nhiều ưu điểm hơn chế 
độ lên men ấm về lượng khí metan sinh ra và hiệu suất sinh khí metan cao hơn, rút 
ngắn thời gian phân hủy và bùn sau phân hủy có thể được sử dụng để làm phân bón 
79 
cho cây trồng. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào đánh giá hiệu quả xử lý kỵ khí 
kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở chế độ lên men nóng. Vì vậy 
chương tiếp theo tiến hành nghiên cứu thí nghiệm theo mẻ và liên tục để làm rõ ưu 
điểm của quá trình xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở chế 
độ lên men nóng. 
80 
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 
Nội dung chương 2 giới thiệu về nghiên cứu thí nghiệm theo mẻ (trong 
phòng thí nghiệm) và thí nghiệm liên tục (trong mô hình Pilot dung tích 1000l), 
phân tích và đánh giá kết quả thu được, ứng dụng kết quả thí nghiệm theo mẻ để mô 
phỏng quá trình xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở chế độ 
lên men nóng 
3.1. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 
3.1.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 
3.1.1.1 Thí nghiệm theo mẻ 
Thí nghiệm theo mẻ nhằm mục đích: 
 - Đánh giá khả năng xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm 
bằng phương pháp xử lý kỵ khí ở 2 chế độ lên men ấm và chế độ lên men nóng. 
 - So sánh quá trình xử lý kỵ khí ở 2 chế độ lên men ấm và lên men nóng về 
lượng khí metan sinh ra, hiệu suất sinh khí metan và hiệu suất xử lý theo COD với 
các tỉ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: rác hữu cơ (chất thải thực phẩm ) khác nhau. 
 - Xác định tỉ lệ phối trộn tối ưu cho hiệu suất sinh khí metan cao nhất, để tiến 
hành chạy thí nghiệm liên tục. 
 - Kết quả thí nghiệm theo mẻ là cơ sở để xác định các thông số động học của 
bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở chế độ 
lên men nóng . 
3.1.1.2. Thí nghiệm liên tục 
Thí nghiệm liên tục được thực hiện với tỉ lệ phối trộn tối ưu xác định được từ 
thí nghiệm theo mẻ. Thí nghiệm liên tục cho phép xác định lượng khí biogas sinh 
ra, tỉ lệ phần trăm khí metan trong khí biogas, xác định được tải lượng hữu cơ tối đa 
nạp vào hệ để hệ hoạt động ổn định. 
3.1.2. PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 
81 
3.1.2.1. Thí nghiệm theo mẻ 
a. Sơ đồ thí nghiệm 
Hình 3.1. Sơ đồ mô hình thí nghiệm theo mẻ 
Hình 3.2. Thí nghiệm lên men ấm 35oC Hình 3.3. Thí nghiệm lên men nóng 55oC 
 Mô hình thí nghiệm theo mẻ được đặt trong phòng thí nghiệm của Viện 
Khoa học và kỹ thuật môi trường, trường Đại học Xây dựng Hà Nội, với mô hình 
do GS.Hidenari Yasui, Khoa Kỹ thuật môi trường, Đại học tổng hợp Kitakyushu 
cung cấp. Thí nghiệm được tiến hành vào tháng 11 năm 2010. 
Thí nghiệm theo mẻ gồm 2 hệ thí nghiệm, mỗi hệ thí nghiệm gồm 6 bình tam 
giác có dung tích 500ml, được bịt kín và phía trên có đường ống thu khí, đi qua xi 
lanh nhựa chứa các bột soda khô để hấp thụ, loại bỏ CO2, hệ thống ống xy lanh đo 
82 
khí metan tích lũy (xác định bằng cách hút chân không và đánh dấu mực nước dâng 
lên trong xi lanh, sau đó đo thể tích khí choán chỗ làm mực nước trong xy lanh tụt 
xuống sau mỗi ngày). Các bình thí nghiệm được đặt trong bể nước ấm, có thiết bị 
cấp nhiệt và rơ le để giữ nước ở luôn ở nhiệt độ ổn định theo ý muốn. Trong hệ thí 
nghiệm theo mẻ, do khí biogas sinh ra được dẫn qua cột soda, CO2 được hấp thụ 
hết, nên lượng khí đo được là khí metan. Bột soda được thay thường xuyên, khi 
thấy bột soda chuyển sang màu xanh đen thì tiến hành thay để đảm bảo khả năng 
giữ lại CO2 và khí đo được chủ yếu là CH4. 
Nguyên vật liệu thí nghiệm 
Bùn bể tự hoại được thu gom từ các bể tự hoại của hộ gia đình trên địa bàn 
Hà Nội. Chất thải thực phẩm thu gom từ các nhà hàng khu v