Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Mở đầu
Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, ngành nông nghiệp cũng đã
có những thay đổi rất đáng kể. Nhiều máy móc tiên tiến, công nghệ trồng trọt, giống
mới…ra đời, đã đáp ứng kịp với những nhu cầu ngày càng cao. Việt Nam là nước
nông nghiệp nên phân bón và giống có thể xem là 2 yếu tố có tính quyết định đến
năng suất và chất lượng. Nhiều nơi, do sử dụng quá mức cần thiết các loại phân bón
và thuốc trừ sâu hoá học làm cho đất canh tác bị bạc màu đi rất nhanh chóng.
Ngoài ra, những ảnh hưởng của phát triển Nông Nghiệp theo hướng CNH-
HĐH cũng góp phần làm cho diện tích đất nông nghiệp ngày một giảm đi, trong khi
đó dân số tiếp tục tăng lên, nhu cầu về nhà ở ngày càng nhiều, nếu chúng ta không có
quy hoạch và quản lý tốt thì diện tích đất màu mỡ sẽ mất đi nhanh chóng.
Mặt khác, mưa nhiều và tập trung làm cho đất trở nên xói mòn, rửa trôi khá
nhanh, đất dễ bị suy thoái, cạn kiệt dinh dưỡng. Bên cạnh đó, việc khai thác và sử
dụng quá mức cũng như chế độ canh tác không hợp lý cũng dẫn đến tình trạng sa
mạc hóa.
Do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển cao đòi hỏi con người sử dụng nhiều
biện pháp khác nhau để tăng năng suất sản lượng sản phẩm. Những hoạt động nhằm
mục đích kinh tế này cũng là nguyên nhân cơ bản làm ô nhiễm môi trường.
Mặt khác, ngành nông nghiệp ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng phân bón
hóa học, vì thế dư lượng các chất hóa học trong các loại phân này gây ô nhiễm môi
trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng nhiều đến sinh vật cũng như con người.
Để trả lại độ phì nhiêu cho đất biện pháp cấp thiết đố là sử dụng sản phẩm
phân hữu cơ chế biến từ các nguồn khác nhau, đây chính là giải pháp hay nhất hiện
nay có thể giải quyết được các vấn đề trên. Phân bón hữu cơ dựa vào các chủng vi
sinh vật sẽ phân giải các chất hữu cơ trong bùn, phế thải, rác thải, phế phẩm công
nông nghiệp,…. tạo ra sinh khổi, sinh khối này rất tốt cho cây cũng như cho đất, giúp
cải tạo làm đất tơi xốp. Mặt khác với mức sống trung bình của một người nông dân
hiện nay không thể dùng các loại phân bón cho cây trồng với giá cả cao như vậy, sự
ra đời của hữu cơ đã đáp ứng được mong muốn của người nông dân, vừa tăng năng
o Ánh sáng tự nhiên.
SVTH: Trần Xuân Huy
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Xử lý vỏ cà phê, tạo nguồn phân bón cho cây trồng
1.7 Phạm vi ứng dụng
Áp dụng với quy mô nhỏ ( hộ gia đình, trang trại nhỏ ).
1.8 Phương pháp nghiên cứu:
1.8.1 Phương pháp luận
Dựa vào những tài liệu sẵn có về quá trình lên men hiếu khí chất thải có
nghuồn gốc hữu cơ, để xây dựng mô hình ủ compost từ vỏ cà phê.
Theo dõi liên tục các chỉ tiêu về nhiệt độ, độ ẩm, pH, hàm lượng cacbon, hàm
lượng Nito ảnh hưởng đến quá trình tạo ra sản phẩm compost.
1.8.2 Phương pháp thực tiễn
Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các số liệu từ quá trình ủ compost,
các thông số trong quá trình theo dõi nhiệt độ, độ sụt giảm thể tích, pH, độ ẩm, chất
hữu cơ, hàm lượng C, N.
Phương pháp thực nghiệm: Làm thực nghiệm ủ phân compost.
Phương pháp thống kê: Tính toán biến thiên nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ,
hàm lượng C, N trong quá trình ủ phân.
Phương pháp đánh giá: Nhận xét, đánh giá kết quả sau quá trình ủ.
SVTH: Trần Xuân Huy
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM NÔNG
NGHIỆP VÀ VỎ CÀ PHÊ
2.1. Tổng quan về nông nghiệp Việt Nam
Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam. Hiện nay, Việt Nam
vẫn là một nước nông nghiệp. Năm 2009, giá trị sản lượng của nông nghiệp đạt
thật chặt tuần tự đến khi đầy túi, cột chặt miệng túi lại rồi úp ngược xuống, 8-10
ngày sau lấy ra cho trâu bò ăn rất hữu dụng.
Rơm - sản phẩm phụ của cây lúa nếu bỏ đi thì cũng chỉ là “rơm rác”- song,
nếu biết khai thác thì là cả gia tài.
Ngoài rơm rạ, diện tích trồng khoai lang, khoai mì, bắp mía ở nước ta cũng có
hàng trăm ngàn ha. Sau khi thu hoạch thân, củ, trái, nếu phần đọt và lá được tận
dụng, chế biến theo phương pháp ủ vi sinh, bảo quản cho trâu bò, heo ăn dần trong
năm thì cũng đã chủ động nuôi được hàng trăm ngàn con trâu bò, hàng trăm ngàn
con heo, tiết kiệm được nguồn tiền thức ăn rất lớn. Phương pháp ủ chua vi sinh rất
dễ làm, tiện dụng và thời gian bảo quản kéo dài, trâu bò, heo lại rất thích ăn loại thức
ăn này. Cách làm như trên, với chúng ta như còn mới mẻ, nhưng những nước ôn đới
có nền chăn nuôi phát triển họ đã áp dụng rộng rãi hầu như là phổ biến. Theo những
nhà khoa học, thức ăn xanh ủ chua ngoài việc dinh dưỡng được bảo tồn, cải thiện
còn giúp cho vật nuôi tiêu hóa, hấp thu dễ hơn.
Theo thống kê nước ta hiện có hàng triệu con heo và trâu bò, hàng chục triệu
con gia cầm. Ngoài sản phẩm chính là thịt, trứng, sữa, sức kéo thì chất thải của
chúng thải ra cũng không ít. Thực tế mới chỉ có phân bò và một ít lượng phân heo,
phân gà vịt được sử dụng để bón cho cây tiêu, nuôi cá hoặc trồng rẫy và cây ăn trái.
Số còn lại rất lớn thải ra môi trường qua ao, đìa, sông rạch rất mất vệ sinh và là
nguồn lây lan dịch bệnh cho người và vật nuôi. Theo tính toán của các chuyên gia về
khí sinh học thì chỉ cần 5 con trâu bò hay 10 con heo hoặc 100 con gia cầm, các hộ
nông dân có thể làm được một túi khí sinh học qui mô nông hộ (túi ủ Biogas). Công
trình khí sinh học sẽ đem lại một nguồn lợi đáng kể cho người sử dụng. Chỉ tính
riêng cho việc dùng gas để đun nấu mỗi năm cũng tiết kiệm được trên 2 triệu đồng
tiền chất đốt. Nếu hạch toán vào chăn nuôi đây có thể coi như một nguồn lãi đáng kể,
làm giảm giá thành khoảng 7%. Mặt khác, phụ phẩm của công trình khí sinh học
gồm nước thải lỏng và bã thải là những sản phẩm có giá trị thiết thực đối với sản
SVTH: Trần Xuân Huy
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
SVTH: Trần Xuân Huy
6
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
Vỏ cà phê thường bị đốt bỏ hoặc đổ trực tiếp ra vườn cà phê không qua xử lý,
nên chậm phân hủy gây ô nhiễm môi trường và là nguồn mang sâu bệnh hại tích lũy
cho vụ sau. Vỏ cà phê chứa nhiều cafein và tanin có khả năng ức chế vi sinh vật làm
chậm quá trình phân hủy trong môi trường tự nhiên (chỉ phân hủy sau 2 năm). Mặc
dù vậy, vỏ cà phê rất giàu lignocellulose, đây là nguyên liệu lý tưởng cho các quá
trình lên men vi sinh vật. Một số nông dân đem trộn vỏ cà phê với phân chuồng để
làm phân bón cho vụ sau nhưng không có qui trình ủ nên hiệu quả không cao.
Phần lớn nông dân trồng cà phê ở Kon Tum, Đăk Lăk, Gia Lai sử dụng phân
bón hóa học, thiếu bón phân hữu cơ làm cho đất trồng cà phê ngày càng bị chai cứng,
thoái hóa, vi sinh vật đất bị suy thoái hoặc sử dụng phân hữu cơ vi sinh với giá cao
để bón cho cà phê không có hiệu quả kinh tế, trong khi đó, hàng năm có khoảng
300.000 tấn vỏ cà phê bị thải bỏ, đây là một nguồn hữu cơ dồi dào để sử dụng làm
phân compost.
SVTH: Trần Xuân Huy
7
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ PHÂN COMPOST
3.1 GIỚI THIỆU
Ở các nước đang phát triển, những trở ngại có liên quan đến kinh tế, kỹ thuật
và nguồn nhân lực có đủ trình độ chuyên môn làm thu hẹp cơ hội lựa chọn giải pháp
quản lý, xử lý, thải bỏ chất thải rắn chấp nhận được. Những giải pháp có thể bao
gồm: giảm thiểu, tái sinh tái chế, sản xuất compost, thiêu đốt và chôn lấp chất thải
rắn. Sản xuất compost là giải pháp, có một vài ngoại lệ, thích hợp nhất cho nguồn
nguyên liệu hạn chế nhưng có sẵn ở các nước đang phát triển. Một đặc điểm làm cho
sản xuất compost đặc biệt phù hợp là khả năng thích nghi cao với nhiều tình huống
khác nhau, một phần bởi vì những yêu cầu cần thiết cho quá trình sản xuất compost
có thể linh động thay đổi. Kết quả là, gần như có mọi hệ thống compost cho mọi
là:
“ Composting is the biologycal decomposition of biodegradable solid waste
under controlled predominantly aerobic conditions to a state that is sufficiently stable
for muisance – free strorage and handling and is satisfactorily matured for safe use in
agriculture”
“Sản xuất Compost là sự phân huỷ sinh học của các chất thải rắn dễ phân huỷ
sinh học dưới những điều kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát thành chất ở tình
trạng ổn định hoàn toàn, không gây cảm giác khó chịu khi lưu trữ, sử dụng và trưởng
thành để sử dụng an toàn trong nông nghiệp”.
Các thuật ngữ và các cụm từ được sử dụng kết hợp với nhau để phân biệt
những điểm khác nhau của sản xuất comost với các quá trình phân huỷ khác là:
“biological decomposition” (phân hủy sinh học), “biodegradable” (dễ phân hủy sinh
học), “under controlled predominantly aerobic conditions” (dưới những điều kiện
hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát), “sufficiently stable” (ổn định hoàn toàn), và
“mature” (trưởng thành). Cụm từ: “biological decomposition” có ý là sự phân huỷ đã
được tiến hành và hoàn thành bởi vi sinh vật. “Biodegradable” nói đến cơ chất và sự
dễ bị ảnh hưởng do quá trình phân huỷ bởi các chủng vi sinh vật, vd: vi khuẩn,
nấm…. Những chất này là Các chất ở dạng hợp chất hữu cơ được tạo từ vi sinh vật
hoặc bởi sự tổng hợp hoá học (như halogenated hydrocarbons - những hydrocarbon
bị halogen hóa)
Sự phân huỷ những chất hữu cơ tổng hợp đòi hỏi hoạt động của 1 số chủng
VSV nhất định dưới các điều kiện đặc biệt. Cụm từ “under controlled predominantly
SVTH: Trần Xuân Huy
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
aerobic conditions”có 2 ý nghĩa: 1) là sự phân biệt sản xuất compost với các quá
trình phân huỷ sinh học ngẫu nhiên diễn ra trong tự nhiên (vd: bãi rác hở, trong rừng,
trên cánh đồng…). 2) phân biệt sản xuất compost với quá trình phân hủy kị khí
( biogas). Tiêu chuẩn của sự “ổn định” là an toàn và lưu trữ không gây mùi khó chịu.
Tiêu chuẩn cho sự “trưởng thành” ( hoai mục hoàn toàn)” là định hướng để sử dụng
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
chóng của cellulose và chất gỗ (lignin). Mặc dù một vài VK phân giải Nito có thể có
mặt, nhưng các điều kiện không cho phép phân giải nitơ.
Sự bắt đầu cho giai đoạn ổn định của quá trình là sự xuất hiện của SV hoại
sinh. Nguồn dinh dưỡng cho SV hoại sinh là từ các VSV hoại sinh không hoạt động
khác và các chất thải đang phân hủy. Các dạng đầu tiên mới xuất hiện là các dạng
cực nhỏ (như paramecium – loài sinh vật đơn bào có lông mịn, amoeba - amip,
rotifer - phiêu sinh vật đa bào có khoang giả cực nhỏ). Dần dần, các dạng lớn hơn
như sên và trùng đất trở nên nhiều. Nằm trong số đó là Lumbricuse terestris, L.
rubellus, và Eisenia foetida. Khối lượng compost sẽ thay đổi khá lớn tại thời điểm
bắt đầu xuất hiện trùng đất. Dĩ nhiên, trùng đất vẫn có thể xuất hiện từ từ vào thời
gian trước đó, thậm chí ở gần đầu giai đoạn. Lợi ích tiềm tàng được xác nhận khi sử
dụng trùng đất trong sản xuất compost đã khuyến khích phương pháp sản xuất
compost sử dụng trùng đất “vermiculture”.
3.3.1 Phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất:
Khi nói đến phương pháp sản xuất compost sử
dụng trùng đất, cần phải luôn luôn ghi nhớ rằng: trong
sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất compost
luôn luôn có trùng đất, và sản phẩm cuối cùng đó
chính là chất bài tiết mà trùng đất thải ra sau khi phân
giải chất thải. Và đó cũng chính là “sản phaåm
compost”. Trong số các lợi ích được nêu của
“vermiculture” có những lợi ích sau đây: 1) giảm kích
thước hạt sản phẩm nhiều hơn, 2) sản phẩm compost
chất lượng cao hơn vì trong sản phẩm compost có
chất bài tiết của trùng đất rất giàu nitơ, 3) gia tăng sự trao đñoåi carbon và dinh
dưỡng nhờ tăng sự tương tác giữa các sinh vật hoại sinh lớn và nhỏ , và 4) Sản phẩm
bài tiết của trùng đất có chất lượng hơn hẳn sản phẩm compost truyền thống
Không phải loài trùng đất nào cũng đều phù hợp để sản xuất compost (tạo ra
protein và chất bài tiết). Trong các loài trùng đất có thể giữ lại sản xuất compost, loài
Tính toán cho thấy một module cơ bản 60000 con trùng có thể sản xuất trên
800kg chất mùn trong
Mặc dù phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất xứng đáng được
đặc biệt lưu tâm đến, nhưng nó có những hạn chế rất nghiêm trọng và cần được kiểm
soát một cách chặt chẽ, đặc biệt trong các hệ thống quy mô lớn (nghĩa là lớn hơn
10Mg/ngày). Hơn nữa, có những nơi sản xuất mà các điều kiện cần thiết cho quá
SVTH: Trần Xuân Huy
12
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
trình xử lý bằng trùng không thể đạt được. Ví dụ điều này có thể xảy ra ở các hệ
thống quy mô nhỏ khi xử lý các cơ chất tương đối đồng nhất.
3.3.2 VSV thêm vào để tăng tốc quá trình sản xuất compost
Sử dụng “inoculums” trong sản xuất compost đã đặt ra nhiều nghi vấn hay nói
đúng hơn là phản đối. Rõ ràng, sử dụng inoculums là tương xứng với nhu cầu bổ
sung VSV nếu như không có đủ quần thể VSV và SV có sẵn trong cơ chất để phân
huỷ (làm compost) cơ chất Nét đặc trưng ở các chất thải dễ gặp trong sản xuất
compost là chúng thường có sẵn các quần thể vi sinh trong mỗi loại chất thải, và việc
thêm vào “inoculums” thì không cần thiết. Ngược lại, thêm “inoculums” sẽ có lợi
với các chất thải không có sẵn quần thể VSV hoặc có nhưng không đủ. Ví dụ các
chất thải như chất thải trong quá trình sản xuất dược phẩm, chất thải bị tiệt trùng hay
khử trùng, và chất thải có thành phần đồng nhất ( mùn cưa hoặc vỏ bào gỗ, trấu, chất
thải của dầu thô …)
Nếu xác định là có nhu cầu cần inoculums, thì phải nghiên cứu sản xuất 1
inoculums, trừ khi đã có sẵn inoculums thích hợp. Như sẽ được trình bày trong
thảo luận dưới đây, việc nghiên cứu sản xuất 1 inoculums là một nhiệm vụ khó khăn,
nó đòi hỏi tiến hành bởi 1 nhà vi sinh vật cực giỏicó những hiểu biết sâu sắc về quá
trình sản xuất compost.
Một khó khăn thật sự là trên thực tế việc sản xuất ra sản phẩm compost là 1
quá trình chuyển hóa được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên tục,
tuần tự tương tác với cơ chất. Muốn nghiên cứu sản xuất inoculums thì bước đầu tiên
quan trọng này quyết định tốc độ và quy mô của việc sản xuất ra sản phẩm compost,
bởi vì chúng có hệ enzym phức tạp để cho phép chúng tấn công, phân giải, và sử
dụng chất hữu cơ trong rác thải tươi (thô). Những sinh vật khác chỉ có thể sử dụng
những sản phẩm đã bị phân hủy (sản phẩm trung gian). Do đó, sản xuất ra sản phẩm
compost từ chất thải là kết quả của những hoạt động – như đã nói tới ở phần trước –
được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên tục, tuần tự tương tác với
cơ chất Nói ngắn gọn, các nhóm sinh vật cứ lần lượt chuẩn bị điều kiện cho các
nhóm tiếp sau.
3.4.1 Các yếu tố dinh dưỡng:
Nguồn dinh dưỡng nhất định trong chất thải chỉ được các vi khuẩn sử dụng
nếu có sẵn Tính “có sẵn” thể hiện dưới 2 mặt – gọi là hoá học và vật lý. Một chất
dinh dưỡng được gọi là “có sẵn” về mặt hóa học đối với 1 loại vi khuẩn hoặc 1 nhóm
SVTH: Trần Xuân Huy
14
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
vi khuẩn nếu nó là 1 phần của phân tử cho phép dễ dàng bị 1 loại hay nhiều loại VK
tấn công. Thông thường sự tấn công ,có nghĩa là sự bẻ gãy chất hữu cơ hay phân
hủy, được thực hiện bởi enzym mà VK có hoặc có khả năng tổng hợp. Tính “có
sẵn” về mặt vật lý có nghĩa là khả năng VK có thể tiếp cận. Nó phụ thuộc vào tỷ lệ
khối lượng hoặc thể tích trên diện tích bề mặt hạt rác thải, những đại lượng này phụ
thuộc vào kích cỡ hạt chất thải.
3.4.1.1 Nguyên tố đa lượng và vi lượng:
Những chất dinh dưỡng có thể được phân thành 2 loại: “đa lượng” và “vi
lượng”. Các nguyên tố đa lượng bao gồm: C, N, P, Ca và K. Tuy nhiên, hàm lượng
Ca và K cần thiết thì thấp hơn nhiều so với C, N và P. Bởi vì chúng chỉ cần hiện
diện với hàm lượng “vết”, chúng thường được gọi là “nguyên tố vết không thể thiếu”
Trong thực tế, hầu hết chúng trở nên độc nếu nồng độ vượt quá vết. Nằm trong số
những nguyên tố vết không thể thiếu còn có Mg, Mn, Co, Fe, S. Hầu hết những
nguyên tố dạng vết có vai trò trong việc trao đổi tế bào chất.
Cơ chất là nguồn gốc cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi
thoát. Lý do thất thoát N bởi vì N dư chuyển hóa thành N trong NH
3
. Giai đoạn
chuyển hóa tích cực (active stage) trong sản xuất compost có đặc điểm là nồng độ pH
và nhiệt độ khá cao, đặc điểm này có thể gây ra sự bay hơi của NH
3
.
Ở 1 nước đang phát triển, tỷ lệ C:N không thuận lợi, cao có thể được hạ thấp
xuống bằng cách bổ sung thêm chất thải có nhiều nitơ vào nguyên liệu đầu vào. Nếu
khả năng kinh tế cho phép, có thể hạ tỷ lệ C:N bằng cách thêm phân bón N hóa học,
như phân urê, hay amôni sunphát (NH
4
)
2
SO
4
. Trái lại, chất thải có nhiều C có thể
được sử dụng để nâng tỷ lệ C:N thấp. Nồng độ N và tỷ lệ C:N trong các loại rác thải
và chất thải khác nhau được liệt kê trong bảng dưới.
3.4.1.3 Phân tích C và N
Trong những phương pháp phân tích hữu ích để xác định lượng N, phương
pháp Kjeldahl tiêu chuẩn vẫn luôn là phương pháp vừa thực tiễn vừa có chất lượng.
Xác định lượng C rất khó khăn ở những nước đang phát triển bởi vì nó cần
được trang bị thiết bị phân tích đắt tiền và người phân tích cũng cần có kỹ năng
chuyên môn cao. Để có được mẫu đại diện trong phạm vi nghiên cứu do các phương
pháp phân tích hiện nay đề xuất, rất hẹp và là công việc hết sức khó khăn, nhất là khi
với lượng chất thải hỗn tạp như chất thải rắn.
Phương pháp “Stop-gap” (tạm gọi là “lấp đầy khoảng trống”) thích hợp với
sản xuất compost trong quản lý chất thải rắn được dùng để tính toán hàm lượng C
dựa trên một công thức phát hiện vào 1950 .Công thức như sau:
Bùn tươi 4 – 7 11
Mùn cưa 0.1 200 – 500
Rơm, yến mạch 1.1 48
Rơm, lúa mì 0.3 – 0.5 128 – 150
Nước tiểu 15 – 18 0.8
Theo bảng báo cáo những giá trị xác định bằng công thức nằm trong khoảng
2% - 10% các giá trị thu được trong phòng thí nghiệm.
Trong trường hợp không phân tích được C và N , người ta có thể đưa ra 1 giả
định khả thi dựa trên thành phần cơ chất. Giả định là nếu tỷ lệ thể tích chất thải thô
(loại rác thực phẩm trong quá trình chuẩn bị nấu ăn, hay trong quá trình chuẩn bị
những thứ để nấu ăn, hay các loại phân tươi) màu xanh (hay tính theo màu) đối với
chất thải khô, không xanh dao động trong khoảng 1 – 4, tỷ lệ C:N sẽ thuộc phạm vi
“cho phép”.
3.4.1.4 Kích cỡ hạt:
Kích thước các hạt trong chất thải là yếu tố có liên quan đến dinh dưỡng, bởi
vì chất thải là cơ chất trong quá trình sản xuất compost và cơ chất lại chính là nguồn
dinh dưỡng. Sự liên quan đến dinh dưỡng là do bởi ảnh hưởng của kích cở của mỗi
hạt trên tính “sẵn có” về mặt vật lý của chất dinh dưỡng, nghĩa là, khả năng tiếp cận
chất dinh dưỡng. Như đã trình bày trước đây, kích cỡ hạt quyết định tỷ lệ khối được
SVTH: Trần Xuân Huy
17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
phô bày thành bề mặt “mass-to-surface” và, do đó, quyết định khối hạt tiếp xúc trực
tiếp với sự tấn công của VSV. Bởi vì tỷ lệ này càng tăng khi kích thước hạt càng
nhỏ, tốc độ phân huỷ ( tốc độ sản xuất compost) theo lý thuyết sẽ tăng khi kích cỡ
hạt càng nhỏ. Tuy nhiên, tăng tính theo lý thuyết không phải lúc nào cũng là hiện
thực trong thực tế. Thất bại có thể do 1 hay nhiều yếu tố. Ví dụ như bản chất vật lý
của cơ chất có thể làm hạn chế kích thước cho phép tối thiểu. Người ta định nghĩa
“kích thước cho phép tối thiểu” là kích thước nhỏ nhất cho phép mà nếu nhỏ hơn nữa
sẽ ảnh hưởng có hại đến quá trình compost. Cuối cùng, tiêu chuẩn để xác định kích
Những yếu tố môi trường chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình sản xuất compost
là nhiệt độ, nồng độ pH, độ ẩm, và độ thông khí. Ý nghĩa của các yếu tố môi trường
đối với quá trình sản xuất compost là chúng – có thể là từng yêu tố hoặc nhiều yếu tố
kết hợp lại - quyết định tốc độ và mức độ phân hủy. Theo đó, tốc độ và mức độ
phân hủy tương ứng với mức độ trong đó mỗi yếu tố dinh dưỡng và yếu tố môi
trường đều tiến dần tới sự tối ưu.
Nếu khiếm khuyết một yếu tố bất kỳ nào đó sẽ hạn chế tốc độ và mức độ
phân hủy – có thể nói một cách khác , yếu tố bị khiếm khuyết chính là yếu tố làm
hạn chế quá trình. Cần hết sức lưu tâm ghi nhớ rằng yếu tố cuối cùng làm hạn chế
quá trình sản xuất compost là yếu tố tạo nên các quần thể vi sinh vật khác nhau thuộc
về di truyền.
3.4.2.1 Nhiệt độ
Mặt dù có những lập luận rất thuyết phục nói về sự thuận lợi của quá trình
sản xuất compost ở khoảng nhiệt độ thermophilic và mesophilic trong việc sản xuất
ra sản phẩm compost, nhưng vẫn còn rất nhiếu nghi vấn vẫn đang được tranh cãi về
quá trình sản xuất compost.
Lý do là trong quá trình sản xuất compost bình thường ,quá trình bắt đầu từ
nhiệt độ thường khoảng nhiệt độ mesophilic), tăng nhiệt độ từ từ và đạt tới khoảng
nhiệt độ thermophilic, sau đó lại giảm xuống khoảng nhiệt độ mesophilic. Quá trinh
sản xuất compost nào cũng tăng và giảm nhiệt độ như vậy trừ khi tiến hành biện
pháp ngăn chận nào đó.
Nếu nhiệt độ trên 650C quá trình sản xuất compost hầu như sẽ bị ảnh hưởng
xấu 1 cách nghiêm trọng. Lý do là vi sinh vật hình thành bào tử tại mức nhiệt độ cao
hơn 650C. Trừ khi chúng là VSV hoạt động trong khoảng nhiệt độ thermophilic, nếu
không chúng sẽ rơi vào giai đoạn nghỉ hoăc chết . Vì vậy phương pháp sản xuất
SVTH: Trần Xuân Huy
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
compost hiện nay sử dụng quy trình vận hành được thiết kế tránh nhiệt độ cao hơn
600C.
hệ này dựa trên thực tế là nguồn oxy chủ yếu cần cung cấp cho quần thể vi khuẩn là
không khí giữ lại trong những khe hở giữa những hạt chất thải. Việc khuếch tán oxy
trong không khí vào bên trong khối chất thải để thỏa mãn nhu cầu oxy của vi sinh
vật là không quan trọng lắm . Bởi vì trong các khe hở giữa những hạt chất thải còn
chứa độ ẩm tự do trong khối ủ, giữa độ ẩm và oxy có sẵn phải có một sự cân bằng .
Để tiện sử dụng, sự cân bằng này có thể được gọi tên là “độ ẩm cho phép”. Theo đó
nó sẽ ở mức mà nếu cao hơn nữa sự thiếu oxy sẽ diễn ra và tình trạng kỵ khí sẽ bắt
đầu phát triển
Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép” có
yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất . “Khả năng chịu
lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay không
trước sự biến dạng và lực nén
Yếu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương pháp
sản xuất compost sử dụng thùng kín để tiến hành quá trình (in-vessel compost
system), trong đó chất thải bị đảo trộn gần như liên tục bằng máy. Tuy nhiên trong
những hệ thống đó, ngoài sự hạn hẹp của các khoảng hở giữa các hạt, còn có những
yếu tố khác làm ảnh hưởng đến ngưỡng trên của “độ ẩm cho phép”. Sự thu hẹp dần
các khoảng hở giữa các hạt là khuynh hướng chung của vật liệu dính kết lại với nhau
SVTH: Trần Xuân Huy
21
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
tạo thành khối tròn. Khuynh hướng này phát triển từ từ cho tới khi toàn bộ khối vật
liệu chuyển sang dạng bùn nhão (slurry). Phạm vi độ ẩm tại thời điểm này trùng
khớp với mức độ ẩm cao nhất cho phép.
Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép” có
yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất . “Khả năng chịu
lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay không
trước sự biến dạng và lực nén
Hình 3.4: Biểu diễn mối quan hệ giữa độ ẩm và không khí (nghĩa là oxy)
Yếu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương pháp
thoát xứng đáng được đặc biệt lưu tâm.
So sánh với phương pháp sản xuất compost kỵ khí, phương pháp sản xuất
compost hiếu khí có rất nhiều ưu điểm, trong đó có:
Sự phân huỷ xảy ra nhanh hơn.
Nhiệt độ cao đủ để làm chết những mầm bệnh.
Số lượng và nồng độ khí hôi thối giảm mạnh.
Mùi khó chịu là vấn đề không thể tránh trong xử lý và thải bỏ chất thải. Để
cải thiện đáng kể nồng độ và sự tập trung mùi trong sản xuất compost hiếu khí cần
cung cấp đủ nhu cầu Oxi cho quần thể vi khuẩn hoạt động bằng cách sử dụng quy
SVTH: Trần Xuân Huy
23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến
trình thông khí thích hợp. Khí sinh ra có thể được kiểm soát bằng cách thu khí từ
khối ủ compost do quá trình phân hủy và xử lý chúng bằng hệ thống xử lý hoá học
hay sinh học, nhờ vậy mùi hôi khó chịu sẽ giảm.
a. Tốc độ thông khí
Tốc độ thông khí sao cho khối compost duy trì hiếu khí (nghĩa là đáp
ứng nhu cầu oxy của vi khuẩn) phụ thuộc bản chất và cấu trúc của các thành phần
cuả rác thải và tùy thuộc vào phương pháp thông khí.
VD: nhu cầu Oxi của 1 quần thể vi khuẩn lớn và hoạt động nhiều,
trong quá trình sản xuất compost chất thải dễ phân huỷ hiển nhiên sẽ lớn hơn nhu cầu
Oxi của quần thể vi khuẩn thưa thớt và ít hoạt động hơn trong sản xuất compost
nguyên vật liệu khó phân hủy.
Tính toán chính xác tốc độ thông khí thích hợp cho mỗi trường hợp là
1 việc khó khăn. Khó khăn nảy sinh từ vấn đề là có rất ít số liệu thực sử dụng kỹ
thuật và trang thiết bị phù hợp với thực tế . Trong tài liệu có quá nhiều dữ liệu, điều
đó được chứng minh bằng kết quả của những cuộc điều tra trình bày ở dưới.
Một trong những khảo sát đầu tiên là O
2
thổi khí theo nhiều tốc độ
chất, còn 1 số khác có cấu tạo bền đến mức vi khuẩn không thể phân giải chúng. Khi
thiết kế sơ bộ 1 hệ thống sản xuất compost trong thùng kín (in-vessel system) và 1 hệ
thống sản xuất compost dạng đánh luống sử dụng khí cưỡng bức (forced-air windrow
system), người ta có thể giả định tốc độ khí nạp vào là 530 đến 620 m
3
/Mg rác thải.
Tốc độ thông khí trong thiết kế cuối cùng nên lấy cơ sở từ lượng Oxi tiêu thụ, và
được tính toán bằng những thí nghiệm lúc đầu với rác thải sẽ sản xuất compost là
cơ chất. Với hệ thống đánh luống đảo trộn (turining windrow system), thông số cần
xác định là tần số đảo trộn. Biểu đồ nồng độ O
2
biểu diễn theo độ sâu của luống
được đảo trộn có thể lấy từ hình
Hình 3.5: Lượng oxy cung cấp
Trong thực nghiệm và trong vấn đề thiết kế trình bày sau này, cần luôn
luôn ghi nhớ mùi khó chịu tỏa ra từ khối compost không nhất thiết là kết quả tất yếu
cuả quá trình phân huỷ kỵ khí. Trên thực tế, những sản phẩm phân huỷ trung gian và
bản thân các cơ chất cũng có thể có mùi khó chịu. Ngoài ra, cho dù có thể loại bỏ
hoàn toàn mùi hôi, khối compost lớn hơn 1m
3
có thể không khả thi về kỹ thuật và
kinh tế.
3.4.4 Các thông số vận hành
3.4.4.1. Giám sát quá trình sản xuất compost.
SVTH: Trần Xuân Huy
25
Copyright: Tài liệu đại học ©