đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê

đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê đề tài làm phân bón từ vỏ cà phê

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẨN ĐỀ1.1 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 máymóc tiên tiến, công nghệ trồng trọt, giống mới ra đời, đã đáp ứng kịp với những nhu cầu ngày càng cao Việt Nam là nướcnông 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 sửdụng 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 đấtnông 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 cóquy 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 dinhdưỡng Bên cạnh đó, việc khai thác và sử dụng quá mức cũng như chế độ canh tác không hợp lý cũng dẫn đến t ình trạng samạc 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 sảnlượng 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 hóahọc trong các loại phân này gây ô nhiễm môi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng nhiều đến sinh vật cũng như conngười

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 khácnhau, 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 visinh vật sẽ phân giải các chất hữu cơ trong bùn, phế thải, rác thải, phế phẩm công nông nghiệp, tạo ra sinh khổi, sinh khốinày 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 dânhiện 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 mongmuốn của người nông dân, vừa tăng năng suất lại họp túi tiền Dùng phân hữu cơ có thể thay thế được từ 50 - 100% lượngphân đạm hóa học (tùy từng loại cây trồng bón phân vi sinh có thể tiết kiệm được nhiều chi phí do giá phân hạ, giảm lượngphân bón, giảm số lần phun và lượng thuốc BVTV) Do bón phân hữu cơ nên sản phẩm rất an toàn, lượng nitrat giảm đáng kể,đất không bị ô nhiễm, khả năng giữ ẩm tốt hơn, tăng cường khả năng cải tạo đất do các hệ sinh vật có ích hoạt động mạnh làmcho đất tơi xốp hơn

Tại Tây Nguyên có khoảng 500.000 ha cà phê, trung bình hang năm thu khoảng 2 triệu tấn cà phê thành phẩm Với tỷ lệ

vỏ cà phê chiếm 15% thì lượng vỏ cà phê tạo ra hàng năm tại đây là khoảng 300.000 ngàn tấn Vì vậy tiềm năng của việc chếbiến vỏ cà phê thành phân compost là rất lớn Đề tài này ra đời nhằm tận dụng lượng vỏ cà phê bị thải bỏ

1.2 Mục tiêu đề tài

o Tối ưu hóa quá trình ủ phân compost từ vỏ cà phê o Xây dựng quy trìnhhoàn thiện nhất để ủ phân compost từ vỏ

cà phê

1.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đồ án thực hiện với nhũng nội dung chính

sau:

o Tổng quan về công nghệ làm phân compost o Phân tích thành phần, đặc tính của vỏ cà phê o Lắp đặt và vậnhành mô hình ủ compost từ vỏ cà phê o Nghiên cứu các điều kiện tối ưu sản xuất compost tù vỏ cà phê

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Vỏ cà phê từ huyện EaHleo tỉnh Đăk Lăk

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Xử lý vỏ cà phê, tạo nguồn phân bón cho cây trồng

1.7 Phạm vỉ ứng dụng

Áp dụng với quy mô nhỏ ( hộ gia đình, trang trại nhỏ )

1.8 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các số liệu từ quá trình ủ compost, các thông số trong quá t rình 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

.CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIÊP VÀ

VỎ CÀ PHỂ

2.1 Tổng quan về nông nghiệp Việt Nam

Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam Hiện nay, Việt Namvẫn là một nước nông nghiệp Năm 2009, giá trị sản lượng của nông nghiệp đạt71,473 nghìn tỷ đồng (giá so sánh với năm 1994), tăng 1,32% so với năm 2008 vàchiếm 13,85% tổng sản phẩm trong nước Tỷ trọng của nông nghiệp trong nền kinh tế

bị sụt giảm trong những năm gần đây, trong khi các các lĩnh vực kinh tế khác giatăng Đóng góp của nông nghiệp vào tạo việc làm còn lớn hơn cả đóng góp của ngànhnày vào GDP Trong năm 2005, có khoảng 60% lao động làm việc trong lĩnh vựcnông, lâm nghiệp, và thuỷ sản Sản lượng nông nghiệp xuất khẩu chiếm khoảng 30%trong năm 2005 Việc tự do hóa sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất lúa gạo, đãgiúp Việt Nam là nước thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo Những nông sản quantrọng khác là cà phê, sợi bông, đậu phông, cao su, đường, và trà

2.2 Thực trạng các phụ phẩm nông nghiệp

Trong sản xuất nông nghiệp, lâu nay nhiều nông dân chỉ chú trọng đến nhữngsản phẩm chính mà mình làm ra Chăn nuôi hay trồng trọt cũng vậy, mục tiêu cuốicùng mà họ muốn đạt tới là làm thế nào để có năng suất và chất lượng cao Tất nhiên,điều mà họ mong muốn là chính đáng, nhưng ngoài cái chính ấy họ lại quên đi nhữngsản phẩm phụ mà lẽ ra nếu được khai thác tốt sẽ mang lại một nguồn thu đáng kể.Không chỉ có vậy, những thứ mà nông dân cho là bỏ đi sẽ còn làm ảnh hưởng đáng kểtình trạng ô nhiễm môi trường

Cây lúa một năm cho ra khoảng vài chục triệu tấn rơm Một thời gian dàinguồn rơm này thường bị nông dân đốt bỏ hoặc thải xuống sông rạch gây ô nhiễm vàlàm cản trở giao thông đường Khối lượng rơm khổng lồ ấy nếu dùng để sản xuất raloại hàng hóa khác hoặc dùng trong chăn nuôi thì sẽ làm tăng thu nhập cho nông dânrất nhiều Vụ lúa với khoảng 4 triệu ha đất trồng lúa, tương đương gần 20 triệu tấnrơm, với lợi thế mùa khô, tranh thủ phơi vài nắng rồi bó lại xếp vào nhà chứa hoặcchất thành cây thì chỉ cần tận dụng một nửa lượng rom của mùa này thì cũng đã chủđộng nuôi vài trăm ngàn con trâu, bò Còn nếu muốn “đổi vị”, tăng chất cho rơm, chỉcần vài túi nilong đường kính l-l,2m, rồi cứ 100 kg rơm thêm 4 kg urê, nửa kg muốihòa tan, cứ lần lượt chất rơm vào túi, chất lớp nào tưới dung dịch đã pha sẵn rồi nénthật chặt tuần tự đến khi đầy túi, cột chặt miệng túi lại rồi úp ngược xuống, 8-10 ngàysau 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 thìcũng đã chủ động nuôi được hàng trăm ngàn con trâu bò, hàng trăm ngàn con heo, tiếtkiệm được nguồn tiền thức ăn rất lớn Phương pháp ủ chua vi sinh rất dễ làm, tiệndụng và thời gian bảo quản kéo dài, trâu bò, heo lại rất thích ăn loại thức ăn này Cáchlàm như trên, với chúng ta như còn mới mẻ, nhưng những nước ôn đới có nền chănnuôi 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 vậtnuôi tiêu hóa, hấp thu dễ hơn.

Theo thống kê nước ta hiện có hàng triệu con heo và trâu bò, hàng chục triệucon gia cầm Ngoài sản phẩm chính là thịt, trứng, sữa, sức kéo thì chất thải của chúngthải ra cũng không ít Thực tế mới chỉ có phân bò và một ít lượng phân heo, phân gàvịt được sử dụng để bón cho cây tiêu, nuôi cá hoặc trồng rẫy và cây ăn trái Số còn lạirất lớn thải ra môi trường qua ao, đìa, sông rạch rất mất vệ sinh và là nguồn lây landịch bệnh cho người và vật nuôi Theo tính toán của các chuyên gia về khí sinh họcthì chỉ cần 5 con hâu bò hay 10 con heo hoặc 100 con gia cầm, các hộ nông dân cóthể làm được một túi khí sinh học qui mô nông hộ (túi ủ Biogas) Công trình khí sinhhọc sẽ đem lại một nguồn lợi đáng kể cho người sử dụng Chỉ tính riêng cho việcdùng gas để đun nấu mỗi năm cũng tiết kiệm được trên 2 triệu đồng tiền chất đốt Nếuhạch toán vào chăn nuôi đây có thể coi như một nguồn lãi đáng kể, làm giảm giáthành khoảng 7% Mặt khác, phụ phẩm của công trình khí sinh học gồm nước thảilỏng và bã thải là những sản phẩm có giá trị thiết thực đối với sản xuất nông nghịêp.Chúng được sử dụng làm phân bón, nuôi nấm, xử lý hạt giống hay làm thức ăn bổsung cho gia súc, nuôi cá, nuôi trùn quế Kết quả nghiên cứu cho thấy, dùng phụphẩm lỏng phun trên lá năng suất cây trồng tăng bình quân khoảng 10% so với bóntrực tiếp vào đất Còn bã thải của túi khí bón phối hợp với phân vô cơ sẽ làm tăng độhòa tan và hấp thu phân bón hóa học của đất, tăng hiệu quả sử dụng NPK lên 10-30%.Ngoài ra, cách bón này cũng thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật, giữ phân cho đất,làm đất tơi xốp, tránh tình trạng đất bị chai do bón nhiều phân hóa học

Sản phẩm phụ từ nông nghiệp nếu bỏ đi thì chỉ là rác, một thứ rác độc hại ảnhhưởng rất lớn đến sức khỏe của con người, vật nuôi và môi sinh Còn nếu chúng tabiết tận dụng xử lý và khai thác thì nó là một nguồn lợi đáng kể cả về vật chất lẫn tinhthần vì không lo bệnh tật Cái lợi trước mắt thì đã rõ, còn về lâu dài nó giúp tạo dựngnên nột nền nông nghiệp bền vững Đất đai có hạn, con người ngày một đông Thêmnữa, màu mỡ trong đất cũng ngày càng cạn kiệt dần do canh tác liên tục nhiều vụtrong năm Đã đến lúc chúng ta không thể thờ ơ trước thực trạng này Tận dụng nguồnphụ phẩm nông nghiệp vào sản xuất nông nghiệp, cũng có nghĩa là ta đã trả về chođất những thứ mà ta đã lấy đi Hơn lúc nào hết, ngày nay cả thế giới đang vào cuộckhắc phục xuống cấp trầm trọng của khí hậu và môi trường Chúng ta không thể vàkhông nên đứng ngoài cuộc mà phải hành động để bảo vệ khí hậu và thân thiện vớimôi trường vì cuộc sống của chính chúng ta

2.3 Thực trạng vỏ cà phê.

Tây Nguyên là vùng đất rộng lớn giàu tiềm năng phát triển nông nghiệp vớinhiều loại cây trồng khác nhau, đất đai ở đây được đánh giá là thiên đường để trồng

cây công nghiệp, đặc biệt là cây cà phê, cao su và các cây trồng khác Nhưng do cácyếu tố tự nhiên, địa hình dốc bị chia cắt mạnh và sự khai thác đất không họp lý,không đúng kỹ thuật của con người nên đã làm suy thoái sức sản xuất của đất, màtrước hết là làm sụt giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất, sau đó là độ phì, cấu trúcđất cũng bị sụt giảm theo Thực tế sản xuất đã khẳng định vai trò thiết yếu của phânhữu cơ trong việc duy trì độ phì nhiêu của đất, ổn định năng suất cây trồng, góp phầnvào sản xuất nông nghiệp bền vững.

Vỏ cà phê thuờng bị đốt bỏ hoặc đổ trục tiếp ra vuờn cà phê không qua xử lý,nên chậm phân hủy gây ô nhiễm môi truờng và là nguồn mang sâu bệnh hại tích lũycho vụ sau vỏ cà phê chứa nhiều cafein và tanin có khả năng ức chế vi sinh vật làmchậm quá trình phân hủy trong môi truờng tụ nhiên (chỉ phân hủy sau 2 năm) Mặc dùvậy, vỏ cà phê rất giàu lignocellulose, đây là nguyên liệu lý tuởng cho các quá trìnhlên men vi sinh vật Một số nông dân đem trộn vỏ cà phê với phân chuồng để làmphân bón cho vụ sau nhung không có qui trình ủ nên hiệu quả không cao

Phần lớn nông dân ừồng cà phê ở Kon Tum, Đăk Lăk, Gia Lai sử dụng phânbón 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 đểbón cho cà phê không có hiệu quả kinh tế, trong khi đó, hàng năm có khoảng 300.000tấn vỏ cà phê bị thải bỏ, đây là một nguồn hữu cơ dồi dào để sử dụng làm phâncompost.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 phápquản 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 Sảnxuất compost là giải pháp, có một vài ngoại lệ, thích họp nhất cho nguồn nguyên liệuhạn chế nhưng có sẵn ở các nước đang phát triển Một đặc điểm làm cho sản xuấtcompost đặc biệt phù họp 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 linhđộng thay đổi Kết quả là, gần như có mọi hệ thống compost cho mọi trường họp,nghĩa là từ hệ thống đơn giản cho khu vục mới phát triển công nghiệp đến các hệthống cơ giới hoá phức tạp cho khu vực phát triển công nghiệp hiện đại

Giải pháp sản xuất compost đã tận dụng được nhiều lợi ích của hệ thống sinhhọc: giảm chi phí cho trang thiết bị và chi phí vận hành, thân thiện với môi trường vàtạo ra được 1 sản phẩm có ích

Ngược lại, sản xuất compost thỉnh thoảng có một số bất lợi, thường liên quanđến hệ thống sinh học, cụ thể là tốc độ phản ứng chậm và một số vấn đề không thể dựđoán được Đối với những nhược điểm vừa nêu, tốc độ phản ứng chậm có thể hợp lý

vì thời gian cần thiết để xảy ra các phản ứng (retention times) được tính bằng tuầnhoặc tháng Tuy nhiên, nhược điểm không thể dự đoán được thì không họp lý Nếu tất

cả các điều kiện cần thiết được xác định, đảm bảo và duy trì thì tình trạng của quátrình sản xuất đó sẽ dự báo được

Giữa các yếu tố tiên quyết chủ yếu thì điều kiện quyết định cho sự thành côngcủa sản xuất compost là sự hiểu biết cặn kẽ và ứng dụng các nguyên tắc cơ bản củaquá trình Nếu không có sự hiểu biết này, thì các kế hoạch thiết kế và vận hành sảnxuất compost sẽ không được chuẩn bị đầy đủ Những kiến thức về sinh học dựa trênkiến thức về những nguyên tắc cơ bản của quá trình Kiến thức naỳ cho phép có thểđưa ra những đánh giá họp lý về từng kỹ thuật làm compost và sự ứng dụng những kỹthuật đó Lợi ích hiển nhiên của kiến thức là giúp ích cho việc lựa chọn một hệ thốngphù hợp nhất để thực hiện các nhiệm vụ đã đưa ra Thêm một lợi ích kèm theo nữa làkhả năng đánh giá chính xác hệ thống thử nghiệm

3.2 ĐỊNH NGHĨA:

Có 2 định nghĩa về compost: đầu tiên là định nghĩa theo đúng thuật ngữ, phânbiệt sản xuất compost với các dạng phân hủy sinh học khác Thứ hai là định nghĩatrên quan điểm sinh thái

3.2.1 Định nghĩa theo đúng thuật ngữ:

Định nghĩa phân biệt sản xuất compost với các quá trình sinh học khác nhaulà:

“ Composting is the biologycal decomposition of biodegradable solid wasteunder controlled predominantly aerobic conditions to a State that is sufficiently stablefor muisance - ữee strorage and handling and is satisíactorily matured for safe use inagriculture”

“Sản xuất Compost là sự phân huỷ sinh học của các chất thải rắn dễ phân huỷsinh 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 biệtnhững 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 sinhhọc), “under controlled predominantly aerobic conditions” (dưới những điều kiện hiếukhí hoàn toàn có kiểm soát), “suíEciently stable” (ổn định hoàn toàn), và “mature”(trưởng thành) Cụm từ: “biological decomposition” có ý là sự phân huỷ đã được tiếnhành và hoàn thành bởi vi sinh vật “Biodegradable” nói đến cơ chất và sự dễ bị ảnhhưởng do quá trình phân huỷ bởi các chủng vi sinh vật, vd: vi khuẩn, nấm Nhữngchất này là Các chất ở dạng hợp chất hữu cơ được tạo từ vi sinh vật hoặc bởi sự tổnghợp 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 predominantlyaerobic conditions”có 2 ý nghĩa: 1) là sự phân biệt sản xuất compost với các quá trìnhphân huỷ sinh học ngẫu nhiên diễn ra trong tự nhiên (vd: bãi rác hở, trong rừng, trêncánh 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 Tiêuchuẩn cho sự “trưởng thành” ( hoai mục hoàn toàn)” là định hướng để sử dụng trongnông nghiệp

3.2.2 Định nghĩa trên quan điểm sinh thái:

“Composting is a decomposition process in which the substrate isprogressively broken down by a succession of population of living organisms Thebreakdown Products of one population serve as the subtrate for the succeedingpopulation The succession is initiated by way of the breakdown of the complexmolecules in the raw substrate to simpler íòrms by microbes indigenous to thesubstrate.”

“Sản phẩm compost là quá trình phân huỷ mà trong đó cơ chất liên tục bị phân

hủy bởi các quần thể vsv kế tục nhau Sản phẩm của sự phân hủy của quần thể vsv

này sẽ làm cơ chất cho quàn thể vi sinh vật tiếp theo Các quá trình nối tiếp nhau bắtđầu bằng cách phân hủy những phân tử phức tạp trong cơ chất thô thành các dạng đơngiản hơn bởi các VK có sẵn trong cơ chất

3.3 SINH VẶT THựC HIỆN CHUYÊN HÓA COMPOST

Các vi sinh vật ưa ấm, vi sinh vật chịu nhiệt như mesophilis và thermophilic

và nấm chiếm ưu thế trong tổ chức sinh vật trong suốt giai đoạn đầu và giai đoạn hoạtđộng chuyển hóa tích cực (active stage - giai đoạn nhiệt độ cao) của quá trình ủcompost Có thể phân chia các vsv thành các nhóm theo hình thái của chúng là “VK

có hình thái đầy đủ” (“bacteria proper”) và “VK dạng sợi” Thật ra, VK dạng sợi đơngiản là VK bị “phân nhánh” , nó là 1 loại khuẩn tia.(Khuẩn tia là nhóm vsv có tínhchất trung gian giữa vi khuẩn và nấm Chúng có hình dạng tương tự như nấm nhưng

với chiều rộng của tế bào từ 0,5 - 1,4 ụm, trong công nghiệp, nhóm vsv này được sửdụng rộng rãi để sản xuất chất kháng sinh.) Thường thì

khuẩn tia không xuất hiện với số lượng lớn cho đến khi hết giai đoạn nhiệt độ cao của quá trình ủ phân compost Ngẫu nhiên cùng với sự xuất hiện của khuẩn tia là sự biến mất nhanh chóng của cellulose và chất gỗ (lignin) Mặc dù một vài VK phân giải Nito

có thể có mặt, nhưng các điều kiện khồng cho phép phân giải nitơ

Sự bắt đầu cho giai đoạn ổn định của quá trình là sự xuất hiện của sv hoạisinh Nguồn dinh dưỡng cho sv hoại sinh là từ các vsv hoại sinh không hoạt độngkhác và các chất thải đang phân hủy Các dạng đầu tiên mới xuất hiện là các dạng cựcnhỏ (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 vàtrùng đất ưở nên nhiều Nằm trong số đó là Lumbricuse terestris, L rubellus, vàEisenia tòetida Khối lượng compost sẽ thay đổi khá lớn tại thời điểm bắt đàu xuấthiện 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 đấttrong sản xuất compost đã khuyến khích phương pháp sản xuất compost sử dụngtrùng đất “vermiculture”

3.3.1 Phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất:

Khi nói đến phương pháp sản xuất compost sửdụng trùng đất, cần phải luôn luôn ghi nhớ rằng: trongsản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất compostluôn luôn có trùng đất, và sản phẩm cuối cùng đóchính là chất bài tiết mà trùng đất thải ra sau khi phângiải chất thải Và đó cũng chính là “sản phaẵmcompost” Trong số các lợi ích được nêu của

“vermiculture” có những lợi ích sau đây: 1) giảm kíchthước hạt sản phẩm nhiều hơn, 2) sản phẩm compostchất lượng cao hơn vì trong sản phẩm compost có chấtbài tiết của trùng đất rất giàu nitơ, 3) gia táng sự traođnoải carbon và dinh dưỡng nhờ tăng sự tương tácgiữa các sinh vật hoại sinh lớn và nhỏ , và 4) Sảnphẩm bài tiết của trùng đất có chất lượng hơn hẳn sảnphẩm compost truyền thống

Không phải loài trùng đất nào cũng đều phù hợp để sản xuất compost (tạo raprotein và chất bài tiết) Trong các loài trùng đất có thể giữ lại sản xuất compost, loàithường dùng là loài được gọi là trùng đỏ caliíbmian “red califomian”( Eiseniaíòetida) Ban đầu, người ta chọn loại trùng này để tăng khối lượng cơ chất được sửdụng và theo cách đó làm tăng lượng phân compost được tạo thành Đáng tiếc, kếtquả của những cố gắng đó không tích cực lắm và các nỗ lực đã chuyển hướng sangcải tiến khả năng sinh sản của chúng cũng như cố gắng làm tăng tuổi thọ của trùng.

Mỗi con trùng loài “caliíòmian” trưởng thành có chiều dài 6-8 cm, đường kính

3 -4 mm trọng lượng trung bình khoảng lg Thời gian sống có thể lên đến 6 năm

Thành phần chính trong 1 con trùng là nước, nước chiếm 70 - 95% khốilượng Phần còn lại (khoảng 5 -30%) chủ yếu là protein Sản phẩm compost làm từtrùng có khối lượng khô cơ bản như sau: protein khoảng 53 - 72%, mỡ khoảng 1 -17%, và chất khoáng là 9 - 23%

Sản xuất compost bằng trùng đất có thể được tiến hành ở quy mô nhỏ Mộtmodule sản xuất cơ bản có khoảng 60000 con trùng, chúng sống trên diện tích cóchiều dài: 2m, rộng lm, tạo thành 1 lớp phẳng Cơ chất được phủ trên lớp trùng đấtvới bề dày khoảng 15 - 25 cm Tùy thuộc điều kiện khí hậu, có thể dùng một mái cheđơn giản để bảo vệ lớp trùng đất Cũng giống như nhiều quá trình sinh học khác,trùng đất càn các điều kiện thuận lợi Vì vậy, cần chăm sóc cẩn thận các lớp trùng đất,cung cấp cho chúng các điều kiện tốt nhất, đặc biệt là nguồn dinh dưỡng, độ ẩm (70 -80%), và nhiệt độ ( 20 -25°) Thêm vào đó, cần có 1 chế độ cho ăn (thêm cơ chất )nhất định cho lớp trùng đất để đảm bảo chúng tăng trưởng tốt nhất và sự phân hủydiễn ra tối ưu

Mặc dù trùng đất sinh ra trong quá trình chỉ là nguồn protein thấp, nhưngchúng kiềm hãm phần lớn chất ô nhiễm kim loai nặng trong cơ chất Lý do là trùng có

xu hướng giữ các chất ô nhiễm này trong mô của chúng

Tính toán cho thấy một module cơ bản 60000 con trùng có thể sản xuất trên800kg chất mùn trong

Mặc dù phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất xứng đáng được đặcbiệt lưu tâm đến, nhưng nó có những hạn chế rất nghiêm trọng và cần được kiểm soátmột cách chặt chẽ, đặc biệt trong các hệ thống quy mô lớn (nghĩa là lớn hơnlOMg/ngày) Hơn nữa, có những nơi sản xuất mà các điều kiện cần thiết cho quá 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 nóiđúng hơn là phản đối Rõ ràng, sử dụng inoculums là tương xứng với nhu cầu bổ sung

vsv nếu nhu 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 làchúng 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 chấtthải không có sẵn quàn thể vsv hoặc có nhưng không đủ Ví dụ các chất thải nhưchất thải ứong quá trình sản xuất dược phẩm, chất thải bị tiệt trùng hay khử trùng, vàchất 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 1inoculums, trừ khi đã có sẵn inoculums thích hợp Như sẽ được trình bày trong thảoluận dưới đây, việc nghiên cứu sản xuất 1 inoculums là một nhiệm vụ khó khăn, nóđòi hỏi tiến hành bởi 1 nhà vi sinh vật cực giỏicó những hiểu biết sâu sắc về quá trìnhsản xuất compost

Một khó khăn thật sự là trên thực tế việc sản xuất ra sản phẩm compost là 1quá 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 tiênphải nhận diện ra những nhóm vsv này, sau đó phải phác họa được vai trò của từngnhóm sinh vật đã được nhận diện Xác định chính xác vsv và tìm hiểu được vai tròhọp lý của chúng là việc cực kỳ khó khăn khi các quần thể vi khuẩn trong quá trình làhỗn họp nhiều quần thể sinh vật khác nhau Đe đạt hiệu quả, những sinh vật tronginoculum phải cạnh tranh thắng lợi với những sinh vật có sẵn trong chất thải Khảnăng cạnh tranh của sinh vật được bổ sung vào sẽ bị ảnh hưởng bất lợi nếu cứ cấy đicấy lại nhóm vsv nhằm duy trì môi trường vsv đó

Nói tóm lại, tình hình sử dụng inoculums không khả quan vì quần thể sinh vật

có sẵn trong chất thải quá phong phú, đó cũng là đặc điểm của hầu hết những chất thảiđược bổ sung inoculums chuẩn bị sản xuất ra sản phẩm compost Trước khi đượcchấp nhận, xác nhận về inoculums phải được chứng minh là đứng bằng cách làm thínghiệm 1 cách khách quan hoặc xây dựng mô hình trình diễn Hơn nữa, cần chú ýrằng, thông thường, những chửng sinh vật thêm vào không cạnh tranh tốt dưới điềukiện sản xuất thực tế

Nếu cần bổ sung 1 inoculum hoặc thêm vsv , có thể sử dụng phân ngựa đãphân hủy, thành phẩm compost, hoặc 1 loại đất mùn màu mỡ Tất cả 3 vật liệu vừanêu đều có chứa 1 hệ vi sinh vật rất phong phú 1 hình thức bổ sung “inoculums”thường được sử dụng ứong thực tế làm compost là: tuần hoàn, bổ sung trở lại 1 phầnthành phẩm compost “mass inoculation”, nghĩa là, thêm sản phẩm compost vàonguyên liệu đầu vào Ngoài khả năng có thể cải tiến kết cấu của chất thải đầu vào,

“mass inoculation” có hiệu quả hay không vẫn còn chưa chắc chắn

3.4 CÁC YỂU TỐ CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT COMPOST:

Ngoài sự có mặt của những sinh vật cần thiết, những yếu tố chính ảnh hưởnglên quá trình sản xuất compost có thể được nhóm thành 03 nhóm chính là: nhómnhững yếu tố dinh dưỡng, môi trường và vận hành Tầm quan trọng tương đối củamỗi một loại yếu tố được xác định bằng quan hệ của nó đối với sự sinh trưởng và hoạtđộng của những sinh vật chủ yếu (then chốt) trong quá trình Những sinh vật quantrọng này quyết định tốc độ và quy mô của việc sản xuất ra sản phẩm compost, bởi vìchúng có hệ enzym phức tạp để cho phép chúng tấn công, phân giải, và sử dụng chấthữu cơ trong rác thải tươi (thô) Những sinh vật khác chỉ có thể sử dụng những sảnphẩm đã bị phân hủy (sản phẩm trung gian) Do đó, sản xuất ra sản phẩm compost từchất thải là kết quả của những hoạt động - như đã nói tới ở phần trước - được thựchiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên tục, tuần tự tương tác với cơ chất Nóingắn 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 dụngnếu có sẵn Tính “có sẵn” thể hiện dưới 2 mặt - gọi là hoá học và vật lý Một chất dinhdưỡng được gọi là “có sẵn” về mặt hóa học đối với 1 loại vi khuẩn hoặc 1 nhóm vikhuẩn nếu nó là 1 phần của phân tử cho phép dễ dàng bị 1 loại hay nhiều loại VK tấncông 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” vềmặt vật lý có nghĩa là khả năng VK có thể tiếp cận Nó phụ thuộc vào tỷ lệ khối lượnghoặc thể tích trên diện tích bề mặt hạt rác thải, những đại lượng này phụ thuộc vàokích 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 “vilượng” 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 diệnvới 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 sốnhững nguyên tố vết không thể thiếu còn có Mg, Mn, Co, Fe, s Hầu hết nhữngnguyên tố dạng vết có vai trò ừong việc trao đổi té bào chất

Cơ chất là nguồn gốc cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi lượngcàn thiết Cho dù có sự bất ổn định trong quá trình hoạt động, nhưng trong thực tế,muốn có lợi ích bắt buộc phần lớn hoặc tất cả cơ chất của quá trình sản xuất compostphải là chất thải Sự bất ổn định được đề cập đến ở đây có nguyên nhân là do giữa cácnguyên liệu khác nhau có những dị biệt về sự “sẵn có” 1 số chất dinh dưỡng đối với vikhuẩn Những dị biệt về sự “sẵn có”, đến lượt nó, lại phụ thuộc vào sự chênh lệch độbền giữa các phân tử hữu cơ trước sự tấn công của vi khuẩn Và sự chênh lệch độ bền

là nguyên nhân dẫn tới những khác biệt về tốc độ quá trình Ví dụ những vật liệu có

độ bền cao là lignin (gỗ) và chitin (lông vũ, động vật có vỏ cứng) và vài dạng xenlulô

3.4.1.2 Tỷ lệ C:N (carbon/nitơ)

Tỷ lệ C:N là hệ số dinh dưỡng chính Dựa trên nhu cầu carbon và nitơ tươngđối cho sự phát triển của tế bào, tỷ lệ trên lý thuyết là 25:1 Tỷ lệ này nhấn mạnh chủyếu vào lượng carbon; bởi vì trong sự trao đổi chất của vi khuẩn và tổng họp tế bàochất, lượng Carbon được sử dụng nhiều hơn Nitơ Theo đó, lượng c không chỉ được

sử dụng trong sự hình thành thành tế bào hay màng tế bào, chất nguyên sinh, và tổnghọp các sản phẩm để lưu trữ, mà phần lớn chúng được ôxy hóa tạo ra C02 trong quátrình trao đổi chất Ngược lại, N chỉ được sử dụng như 1 chất dinh dưỡng , được gọi làthành phần thiết yếu của nguyên sinh chất Do đó, quá trình chuyển hóa cần nhiều c

hơn so với N Trong quản lý chất thải, tỷ lệ C:N biến động rất lớn Nói chung, tỷ lệnày lớn hơn tỷ lệ 8-10°C “có sẵn”: IN “có sẵn” (cần ghi chú sự nhấn mạnh ở chỗ “cósẵn”) Trong thực tiễn sản xuất compost, tỷ lệ này vào khoảng 20:1 đến 25:1 Theokinh nghiệm chung, nếu tỷ lệ C:N vượt quá giới hạn vừa nêu, tốc độ phân hủy sẽ bịchậm lại Ngược lại, nếu tỷ lệ thấp hơn 20:1, N có khả năng bị thất thoát Lý do thấtthoát N bởi vì N dư chuyển hóa thành N trong NH3 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 NH3

Ở 1 nước đang phát triển, tỷ lệ C:N không thuận lợi, cao có thể được hạ thấpxuống bằng cách bổ sung thêm chất thải có nhiều nitơ vào nguyên liệu đầu vào Nếukhả 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 (NH4)2S04 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 chấtthải khác nhau được liệt kê trong bảng dưới

chuyên môn cao Đe 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 họp vớisản 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:

%Cacbon =

100%-os/ỉ 1,8

Bảng 3.1: Hàm lượng N và tỷ lệ C:N có trong những loại rác thải và

chất thải

với chất ứiải 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 nguồndinh dưỡng Sự liên quan đến dinh dưỡng là do bởi ảnh hưởng của kích cở của mỗihạt trên tính “sẵn có” về mặt vật lý của chất dinh dưỡng, nghĩa là, khả năng tiếp cậnchất dinh dưỡng Như đã trình bày trước đây, kích cỡ hạt quyết định tỷ lệ khối đượcphô bày thành bề mặt “mass-to-surface” và, do đó, quyết định khối hạt tiếp xúc trựctiếp 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 càngnhỏ Tuy nhiên, tăng tính theo lý thuyết không phải lúc nào cũng là hiện thực trongthực 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 thướccho phép tối thiểu” là kích thước nhỏ nhất cho phép mà nếu nhỏ hơn nữa sẽ ảnhhưởng có hại đến quá trình compost Cuối cùng, tiêu chuẩn để xác định kích thướccho phép tối thiểu là với kích thước hạt đó có thể tạo thành cơ chất có trạng thái xốpvừa đủ có khả năng chịu đựng áp lực thông khí cần thiết

Độ xốp phụ thuộc phàn lớn vào sức bền của cấu trúc của chất liệu hạt Nguyênvật liệu có cấu trúc chắc, khỏe, chịu được lực nén ép như gỗ, rơm, và giấy, giữ được

độ xốp cao với kích thước hạt rất nhỏ Những chất thải nêu trên có kích cỡ hạt thíchhọp khoảng 1,5 đến 7 cm Kích thước hạt phù hợp đối với gỗ dạng dăm bào có độ dàykhoảng lcm và có chiều rộng khoảng từ 2 tới 5 cm Những chất thải có nguồn gốc từsợi và do cắt tỉa cây cối (rác vườn) có kích thước thích hợp từ 5 tới 10 cm Nếu nhữngnhánh cây và cành cây con có đường kính nhỏ hơn 1 cm thì kính thước hạt có thể lớnhơn Kích thước hat cho phép tối thiểu đối với những loại rác mềm có xu hướng lớnhơn bởi vì những hạt vật liệu mềm có kích cỡ nhỏ quá mức cho phép có khuynhhướng kết lại thành một khối vô định hình đến mức rất ít lỗ xốp hoặc thậm chí không

có lỗ xốp nào Như vậy, kích cỡ cho phép tối thiểu của rác thực vật tươi, rác thải rauquả và rác nhà bếp có thể to khoảng 15cm và thậm chí có thể lớn hơn với những loạirác khác mềm hơn Những chất thải xanh tươi như rau diếp và trái cây chín mùi (như

đu đủ và xoài) có thể không cần giảm kích thước hoặc nếu có là rất ít

Neu không trộn lẫn với các vật liệu lót đáy đủ loại, phân động vật không cầngiảm kích cỡ Trong trường hợp giảm kích thước, bất kỳ sự giảm kích thước nào cũngcần phải quyết định dựa trên đặc trưng của lớp vật chất lót đáy

Trong một nước đang phát triển, kinh tế và kỹ thuật là những trở lực ngăn cảnviệc tiến hành giảm kích thước rác thải trong sản xuất compost Sự giảm kích cỡ luônluôn được tiến hành với một thiết bị cắt hoăc máy xay nghiền, đó thường là thiết bịlớn và đắt tiền Vì thế có thể chọn giải pháp khác cho việc cắt giảm kích thước, đó làđảo trộn vật liệu để làm cho chúng gãy vỡ, bị rách, bị dập một cách tương đối Đảotrộn có thể được thực hiện với hống quay hoặc thùng quay

3.4.2 Những yếu tố Môi Trường

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 trườngđối với quá trình sản xuất compost là chúng - có thể là từng yêu tố hoặc nhiều yếu tốkết 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 đềutiến dần tới sự tối ưu.

Nếu khiếm khuyết một yếu tố bất kỳ nào đó sẽ hạn chế tốc độ và mức độ phânhủy - có thể nói một cách khác , yếu tố bị khiếm khuyết chính là yếu tố làm hạn chếquá trình, cần hết sức lưu tâm ghi nhớ rằng yếu tố cuối cùng làm hạn chế quá trìnhsản xuất compost là yếu tố tạo nên các quần thể vi sinh vật khác nhau thuộc về ditruyền

3.4.2.1 Nhiệt độ

Mặt dù có những lập luận rất thuyết phục nói về sự thuận lợi của quá trình sảnxuất compost ở khoảng nhiệt độ thermophilic và mesophilic trong việc sản xuất ra sảnphẩm compost, nhưng vẫn còn rất nhiếu nghi vấn vẫn đang được tranh cãi về quátrình sản xuất compost

Lý do là trong quá trình sản xuất compost bình thường ,quá trình bắt đầu từnhiệt độ thường khoảng nhiệt độ mesophilic), tăng nhiệt độ từ từ và đạt tới khoảngnhiệt độ thermophilic, sau đó lại giảm xuống khoảng nhiệt độ mesophilic Quá trinhsản xuất compost nào cũng tăng và giảm nhiệt độ như vậy trừ khi tiến hành biện phápngăn 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

hom 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 xuấtcompost hiện nay sử dụng quy trình vận hành được thiết kế tránh nhiệt độ cao hơn

600C.

3.4.2.2 ĐộpH

Độ pH của khối ủ thông thường thay đổi theo thời gian, như biểu diễn trênđường cong trong hình dưới Như trên hình biểu diễn, vào giai đoạn đầu của quá trìnhsản xuất compost, độ pH thường bị giảm xuống, tuy nhiên chẳng bao lâu sau nó bấtđầu tăng lên đến pH cao như pH = 9 Sở dĩ ban đầu pH giảm xuống là do những phảnứng tạo thành acid hữu cơ, những acid này sẽ đóng vai trò là cơ chất cho quần thể visinh vật kế tiếp

Đường biểu diễn độ pH sau đó tăng lên tương ứng với việc vsv sử dụng những

acid vừa sinh ra trong giai đoạn trước

Bởi vì độ pH tối thiểu trong giai đoạn giảm xuống ban đầu không gây ức chế

đối với hầu hết các loài vsv, không cần thiết phải có chất đệm và nếu có thậm chí nó

có thể còn gây hệ quả bất lợi

Ví dụ, để nâng pH, người ta dùng nước vôi trong Ca(OH)2, việc này có thể dẫnđến sự thất thoát N dưới dạng NH3-N tại nhiệt độ tương đối cao

Hơn nữa một vài nhà nghiên cứu báo cáo rằng có thể thêm vôi vào quá trìnhsản xuất compost từ rác thải trái cây, bởi vì trong giai đoạn đầu, độ pH thường giảmxuống đột ngột hơn

Hình 3.3: Sự biến đổi của pHbỉểu diễn theo thời gian trong quá trình sản xuất

compost

3.4.2.3 Yếu tố đô ẩm

Một đặc điểm quan trọng của việc sản xuất compost từ rác thải đô thị là mốiquan hệ mật thiết giữa độ ẩm và sự thông khí, đặc biệt là ưong quá ưình sản xuấtcompost theo phương pháp đánh luống (windrow composting) Cơ sở của mối quan

hệ này dựa trên thực tế là nguồn oxy chủ yếu cần cung cấp cho quàn thể vi khuẩn làkhông khí giữ lại trong những khe hở giữa những hạt chất thải Việc khuếch tán oxytrong khồng khí vào bên trong khối chất thải để thỏa mãn nhu cầu oxy của vi sinh vật

là không quan trọng lắm Bởi vì ừong 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 Đe tiện

sử dụng, sự cân bằng này có thể được gọi tên là “độ ẩm cho phép” Theo đó nó sẽ ởmức mà nếu cao hơn nữa sự thiếu oxy sẽ diễn ra và tình trạng kỵ khí sẽ bắt đầu pháttriển

Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép” cóyếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất “Khả năng chịu lựccủa cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay không trước sựbiến dạng và lực nén

Yếu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương pháp sảnxuất 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 hệthống đó, ngoài sự hạn hẹp của các khoảng hở giữa các hạt, còn có những yếu tố kháclàm ảnh hưởng đến ngưỡng trên của “độ ẩm cho phép” Sự thu hẹp dần các khoảng hởgiữa các hạt là khuynh hướng chung của vật liệu dính kết lại với nhau tạo thành khốitròn Khuynh hướng này phát triển từ từ cho tới khi toàn bộ khối vật liệu chuyển sangdạng bùn nhão (slurry) Phạm vi độ ẩm tại thời điểm này trùng khớp với mức độ ẩmcao nhất cho phép

Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép” cóyếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất “Khả năng chịu lựccủa cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay không trước sựbiến dạng và lực nén

Hình 3.4: Biểu diễn mối quan hệ giữa độ ẩm và không khỉ (nghĩa là oxỵ)

Yeu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương pháp sảnxuất compost sử dụng thùng kín để tiến hành quá trình (in-vessel compost System),ưong đó chất thải bị đảo ưộn gần như liên tục bằng máy Tuy nhiên trong những hệthống đó, ngoài sự hạn hẹp của các khoảng hở giữa các hạt, còn có những yếu tố kháclàm ảnh hưởng đến ngưỡng trên của “độ ẩm cho phép” Sự thu hẹp dần các khoảng hởgiữa các hạt là khuynh hướng chung của vật liệu dính kết lại với nhau tạo thành khốitròn Khuynh hướng này phát triển từ từ cho tới khi toàn bộ khối vật liệu chuyển sangdạng bùn nhão (slurry) Phạm vi độ ẩm tại thời điểm này trùng khớp với mức độ ẩmcao nhất cho phép

Tầm quan trọng của việc giữ độ ẩm của cơ chất trên 40% đến 45% thường bịcoi nhẹ trong quá trình sản xuất compost Điều này thực chất rất quan trọng bởi vì độ

ẩm thấp hơn sẽ kìm hãm hoạt động của vi khuẩn và tất cả vi khuẩn ngừng hoạt độngtại độ ẩm 12%

3.4.3 Sự thông khí

Sản xuất compost kỵ khí so vổi hiếu khí

Thoạt đầu, sản xuất compost kỵ khí được xem là 1 giải pháp khả thi có thểthay thế cho sản xuất compost hiếu khívà người ta đã đưa ra nhiều lập luận mạnh mẽbênh vực cho nó -Một trong những lý lẽ đó là khả năng có thể giảm thiểu sự thất thoát

N , một lý lẽ khác là có thể kiểm soát khí thoát ra tốt hơn Thực tế là những ưu điểmnày chưa bao giờ có vẻ sẽ trở thành hiện thực Thậm chí khi những ưu điểm này ởthành sự thật đi nữa, chúng không đủ để bù cho những nhược điểm trong hoạt độngcủa quá trình kỵ khí Những nghi ngờ về sự hiệu quả của quá trình sản xuất compost

kỵ khí ngày càng nhiều và vào khoảng những năm cuối của thập niên 1960, sản xuấtcompost kỵ khí được xem là một giải pháp không được chấp nhận Gần đây, đã có xu

hướng xem sản xuất compost là một quá trình hoàn toàn hiếu khí Tuy nhiên hiện mọingười cũng đang bắt đầu thừa nhận trong quá trình sản xuất compost, một giai đoạn

kỵ khí ngắn hạn là cần thiết để phân hủy halogenated hydrocarbons Giai đoạn kỵ khíngắn hạn ngoài tác dụng trên còn có thể kết hợp làm giảm N thất thoát xứng đángđược đặc biệt lưu tâm

So sánh với phương pháp sản xuất compost kỵ khí, phương pháp sản xuấtcompost 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 Đe cảithiện đáng kể nồng độ và sự tập trung mùi trong sản xuất compost hiếu khí cần cungcấp đủ nhu cầu Oxi cho quần thể vi khuẩn hoạt động bằng cách sử dụng quy trìnhthông khí thích họp Khí sinh ra có thể được kiểm soát bằng cách thu khí từ khối ủcompost do quá trình phân hủy và xử lý chúng bằng hệ thống xử lý hoá học hay sinhhọc, 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 đápứng nhu cầu oxy của vi khuẩn) phụ thuộc bản chất và cấu trúc của các thành phần cuảrác thải và tùy thuộc vào phưomg pháp thông khí

VD: nhu cầu Oxi của 1 quần thể vi khuẩn lớn và hoạt động nhiều, trongquá hình sản xuất compost chất thải dễ phân huỷ hiển nhiên sẽ lớn hon nhu cầu Oxicủa quần thể vi khuẩn thưa thớt và ít hoạt động hcm trong sản xuất compost nguyênvật liệu khó phân hủy

Tính toán chính xác tốc độ thông khí thích hợp cho mỗi trường họp là 1việc khó khăn Khó khăn nảy sinh từ vấn đề là có rất ít số liệu thực sử dụng kỹ thuật

và hang thiết bị phù họp với thực tế Trong tài liệu có quá nhiều dữ liệu, điều đó đượcchứng minh bằng kết quả của nhũng cuộc điều tra trình bày ở dưới

Một trong những khảo sát đầu tiên là 02 thổi khí theo nhiều tốc độ khácnhau vào hống quay, sau đó đo nồng độ Oxy trong dòng khí thoát ra Mặc dầu nhữngđiều kiện thực nghiệm không tính toán chính xác tổng nhu cầu Oxi cần thiết chonguyên liệu, nhưng kết quả thực nghiệm xác định được tốc độ tiêu thụ 02 Tỷ lệ hôhấp được tìm thấy là 1 (nghĩa là C02 sinh ra: 02 tiêu thụ =1)

Trong 1 giai đoạn khác trong cùng khảo sát trên, các nhà nghiên cứutập trung xác định mối quan hệ giữa sự tiêu thụ 02 với các yếu tố môi trường chủ yếu.Một trong những phát hiện không mấy ngạc nhiên là tốc độ tiêu thụ 02 tăng lên tươngquan với yếu tố tiến dần tới mức tối ưu

Dựa vào Những kết quả thu được từ nghiên cứu điều tra, và 1 số khảosát khác, tốc độ thông 02 được chứng minh phụ thuộc vào cường độ hoạt động của vikhuẩn Khi đó tốc độ thông khí sẽ giảm khi độ ổn định cuả compost tăng lên, nghĩa làcompost đã “trưởng thành”

b Dự đoán nhu cầu ôxy cần thiết

Nhu cầu Oxi cần thiết không thể dự đoán 1 cách chinh xác nếu chỉ dựa ưên số

lượng Cacbon bị Oxi hoá Lý do là vì 1 phần Cacbon bị chuyển hóa thành tế bào 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 ừong thùng kín (in-vessel System) và 1 hệ

thống sản xuất compost dạng đánh luống sử dụng khí cưỡng bức (forced-air windrowSystem), người ta có thể giả định tốc độ khí nạp vào là 530 đến 620 m3/Mg rác thải.Tốc độ thông khí trong thiết kế cuối cùng nên lấy cơ sở từ lượng Oxi tiêu thụ, và đượctính 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 càn xác định

là tàn số đảo trộn Biểu đồ nồng độ 02 biểu diễn theo độ sâu của luống được đảo ưộn

có thể lấy từ hình

Hình 3.5: Lượng oxy cung cấp

Trong thực nghiệm và trong vấn đề thiết kế ừình bày sau này, càn luônluôn ghi nhớ mùi khó chịu tỏa ra từ khối compost không nhất thiết là kết quả tất yếucuả quá trình phân huỷ kỵ khí Trên thực tế, những sản phẩm phân huỷ trung gian vàbản thân các cơ chất cũng có thể cỏ mùi khó chịu Ngoài ra, cho dù có thể loại bỏhoàn toàn mùi hôi, khối compost lớn hơn lm3 có thể không khả thi về kỹ thuật và kinhtế

3.4.4 Các thông số vận hành

3.4.4.I Giám sát quá trình sản xuất compost

Đe phát triển 1 chương trình giám sát sản xuất compost hiệu quả, cần phải xácđịnh và đánh giá các thông số vận hành thích họp, và các mối quan hệ cuả chúng lênquá trình sản xuất Compost Dựa trên những kiến thức chuyên môn sâu sắc về trình tựcủa các tình huống diễn ra trong suốt quá trình sản xuất compost trong điều kiện tất cảcác điều kiện đều được thỏa mãn, các thông tin về thông số vận hành và mối quan hệcủa chứng có thể được xác định và được thông hiểu tường tận Trong quá trình sảnxuất compost, có một số điểm bộc lộ vai trò này và chứng được xem là đại lượng giúpgiám sát hoạt động của hệ thống sản xuất compost 3 điểm đáng chú ý đó là: 1) Sựthay đổi nhiệt độ( tăng hay giảm) 2) Sự biến đổi các tính chất vật lý ( mùi, hình thức,cấu trúc ) 3) Sự phân huỷ các chất rắn dễ bay hơi

Sự thay đổi nhiệt độ cơ bản là một thông số phụ thuộc vào thời gian được trình

bày ở biểu đồ hình 1.4 Được thể hiện bằng đường cong trên biểu đồ, nhiệt độ củanguyên liệu đưa vào sản xuất compost, sau 1 thời gian rất ngắn, bắt đầu tăng lên saukhi tạo lập những điều kiện cần thiết cho quá trình sản xuất compost (nghĩa là sau khinguyên liệu được đánh luống hay được đưa vào bể phản ứng).

Sự thay đổi nhiệt độ ban đầu song song với giai đoạn ủ (incubation) của quầnthể vi khuẩn Dưới những điều kiện thuận lợi, giai đoạn này sẽ được kế tiếp bởi giaiđoạn gia tăng nhiệt độ gần như theo cấp số mũ tới nhiệt độ 60°c đến 70°c Sự giatăng nhiệt độ rất cao là kết quả phân huỷ những thành phần dễ phân hủy trong châtthải (vd như: đường, tinh bột, một số protêin đơn giản) Trong suốt thời kỳ này, sốlượng vi khuẩn tăng lên theo cấp số mũ

Nhiệt độ đó tiếp tục được duy trì (tương đối bình ổn) qua 1 thời gian , độ dàicủa giai đoạn phụ thuộc vào loại hệ thống sản xuất compost sử dụng và bản chất củachất thải Sau đó, nhiệt độ giảm dần xuống cho đến khi bằng môi trường xung quanh

Hình 3.6: Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian ủ

Giai đoạn nhiệt độ cao bình ổn có thể bị kéo dài nếu cơ chất phần lớn khóphân hủy hoặc các điều kiện vận hành không đạt mức tối ưu Nên lưu ý rằng sự giatăng nhiệt độ cao và mạnh mẽ sẽ giảm nhiều nếu rác thải có chứa nhiều chất trơ Cóthể xác định nhiều chất ữơ trong chất thải dựa ưên thông số chất rắn dễ bay hơi thấp( ví dụ như bùn đô thị loại 3) ơ những trường hợp đỏ, nhiệt độ có thể sẽ thấp hơn,nghĩa là nằm trong khoảng 50°c đến 60°c Nếu xuất hiện những điều kiện vận hànhkhông thuận lợi, giai đoạn nhiệt độ cao sẽ kéo dài ra và mức nhiệt độ cao sẽ hạ thấpxuống

Sau khi những thành phàn dễ phân hủy đã được phân rã, và trong cơ chất chỉcòn những thành phần bền vững hơn, hoạt động của vi khuẩn cũng giảm đi và nhiệt

độ bắt đầu giảm xuống Theo đó, trong những quá ưình sản xuất compost thôngthường, có thể nói rằng tại thời điểm nhiệt độ giảm xuống bằng hay gần bằng nhiệt độkhông khí, các thành phần chưa ổn định về mặt sinh học bắt đầu quá trình ổn định,nhờ vậy, nguyên liệu được hoai mục thành compost đủ phẩm chất, cho phép lưu trữhoặc sử dụng

Mặc dù nhiệt phát sinh trong quá trình sản xuất compost là két quả của quá

ưình biến dưỡng của vi khuẩn, năng lượng nhiệt được giữ lại trong khối compost phụthuộc vào liên hệ của khối compost với môi trường xung quanh Nói tóm lại, nhiệt độtăng lên giúp xác định lượng nhiềt phát sinh trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn

và nang lượng nhiệt được giữ lại trong khối ủ

Như vậy có hai nhân tố làm nhiệt độ tăng lên - đó là lượng nhiệt do hoạt độngcủa quần thể vi khuẩn tạo ra và hiệu quả giữ nhiệt trong khối compost bằng bất cứ 1vật liệu che phủ nào hoăc bằng 1 thừng chứa đựng kín khối compost Hiệu quả cáchnhiệt một phần phụ thuộc vào kích thước khối compost Ở những khu vực có nhiệt độ

không khí bên ngoài cao hom từ 8 đến 10°c, thể tích tối thiểu cho phép giữ nhiệt là

lm3

Giai đoạn “trưởng thành” (maturation), mặc dù không có các yếu tố xác địnhranh giới (nghĩa là vẫn duy trì những điều kiện tối ưu), được nhận biết nhờ sự bất đầugiảm nhiệt độ liên tục, và đồng thời nhờ 1 số chỉ thị khác về hoạt động của vikhuẩnNói tóm lại, nhiệt độ giảm xảy ra đồng thời với giai đoạn hoàn thành sản phẩmcompost và kết quả là làm tăng độ ổn định của sản phẩm Những kinh nghiệm đã quacho thấy rằng sản phẩm compost có thể sử dụng an toàn hoặc có thể lưu trữ được sau

khi nhiệt độ cuối cùng giảm đến mức 40°c

a Su thay đổi những tính chất vât lý ■

Hình thức bề ngoài

Khối compost dần dần sậm lại, chứng tỏ quá trình compost diễn ra đúnghướng và thỏa đáng Sản phẩm compost cuối cùng luôn luôn có màu xám sẫm hoặcmàu hơi nâu nâu

Mùi

Chỉ vài ngày sau khi bắt đầu quá trình sản xuất compost một loạt các mùi khácnhau xuất hiện thay thế cho mùi vốn có ban đầu của cơ chất Nếu như cơ chất là MSWthì mùi ban đầu là mùi rác tươi (thô) Sau đó, nếu quá trình tiến triển theo hướng tốtthì các mùi tiếp theo có thể được mô tả chung chung là gây buồn nôn “faint cookingtuy nhiên nếu điều kiện không thuận lợi(ví dụ như tình trạng kỵ khí diển ra )thì mùiđặc trưng sẽ là mùi thối rửa Nếu tỉ lệ C:N trong cơ chất thấp hơn 20:1 và pH khoảng7,5 thì mùi chủ yếu là amoniac.Giai đoạn “trưởng thành” cuối cùng được tiêu biểubằng mùi thơm của đất

Kích cỡ hạt

Các hạt cơ chất có khuynh hướng ngày càng nhỏ vì sự phân rã và sự cọ sátdiễn ra giữa các h ạ t , Ngoài ra, sự phân hủy làm cho các thớ sợi trở nên dòn, dễ gãy

và làm cho vật chất không có hình dạng nhất định trở thành có dạng hạt

Sư phân hủy của chất rắn dễ bay hơi

Mức độ và tốc độ phân hủy chất rắn dễ bay hơi là những thông số vận hànhchủ yếu Thay đổi những thông số này sẽ khiến phân hủy chất dể bay hơi, biến đổicấu trúc phân tử và gia tăng độ ổn định Một trong nhưng nguyên nhân quan trọng gây

ra sự thay đổi này là sự phân hủy những cơ chất rắn dể bay hơi ( nghĩa là chất hữucơ), oxy hóa sinh học chứng, tạo ra sản phẩm là C02 Bởi vì quá trình sản xuấtcompost là một quá trình phân hủy sinh học có kiểm soát, trong quá trình đó nhữngchất phức tạp được phân hủy thành những chất đơn giản hơn, những cấu trúc phân tửphức tạp được thay thế bằng những cấu trúc phân tử đơn giản hơn những phân tử 1phần hay hoàn toàn bền vững có khuynh hướng không thay đổi Sự phân hủy chất rắn

dể bay hơi và sự chuyển hóa cấu trúc phân tử phức tạp đến dạng đơn giản hơn làmcho độ ổn định của chất hữu cơ làm cơ chất tăng lên

3.4.4.2 Sử dụng đại lượng:

Vai trò của các thông số vận hành để phân tích và điều chỉnh những sai sót củaquá trình sản xuất compost bổ sung cho chức năng dùng để giám sát quá trình củachúng Những ví dụ minh họa vai trò kép này được trình bày:

Ví dụ đầu tiên là về thông số nhiệt độ: Nếu nhiệt độ của khối compost khôngtăng, hoặc tăng chậm rất chậm, mặc dù chất thải đã được đánh luống hay đã được đưavào bể phản ứng xong, có thể nhận định sau đây đúng: một số điều kiện trong quátrình sản xuất compost chưa hợp lý hoặc đã gây ức chế Trong trường hợp đó, vấn đề

có khả năng xảy ra cao nhất là độ ẩm cao quá mức hoặc thấp quá mức Mùi hôi ngàycàng nhiều là dấu hiệu của độ ẩm quá mức Ngược lại, không có bất cứ mùi nào sẽbiểu thị cho độ ẩm quá thấp 1 nguyên nhân khác không liên quan đến hơi ẩm là tỷ lệC:N cao hơn mức giới hạn Rất khó để phân tích vấn đề này vì trong thực tế, khi tỷ lệC:N cao, thỉnh thoảng vẫn có dấu hiệu tăng nhiệt độ Khả năng thứ 3 là độ pH thấphơn khoảng 5.5 hoặc cao hơn khoảng 8.5

Độ ẩm cao quá có thể điều chỉnh bằng cách thêm vật liệu nặng (có nhiều chấtxơ) Một giải pháp khác là tăng cường làm thoáng khí Làm thoáng không chỉ cungcấp oxi cần thiết, mà còn làm hơi ẩm bay hơi Thêm nước là biện pháp đương nhiên

để điểu chỉnh độ ẩm quá thấp Tỷ lệ C:N cao có thể hạ thấp bằng cách thêm vào cơchất với chất thải có hàm lượng Nitơ cao (bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải; phângia cầm, heo hay cừu) Nước vôi trong có thể dùng để tăng độ pH Tuy nhiên, dùngnước vôi trong sẽ dẫn tới một số khó khăn đã được trình bày trong phần nói về pH

Một sự thay đổi đột ngột trong thông số vận hành là dấu hiệu của quá trìnhphát hiển compost không bình thường Vì vậy, 1 sự gián đoạn bất ngờ khi nhiệt độđang tăng vọt theo cấp số mũ sẽ biểu thị cho 1 tình huống hạn chế sự phát triển, ví dụnhư độ ẩm trong luống compost cao quá mức hoặc hệ thống làm thoáng trong hệthống sản xuất compost có gì đó trục trặc Cho dù làm thoáng không thích hợp hoặc

độ ẩm không đủ, vấn đề nào cũng đột ngột làm chậm lại sự gia tăng nhiệt độ hoặc thungắn giai đoạn nhiệt độ duy trì cao

Mùi hôi là dấu hiệu của sự thiếu hụt oxi, thường là vì cơ chất có độ ẩm quácao Nếu độ ẩm không phải là nguyên nhân, hệ thống hoặc quá trình làm thoángkhông đầy đủ có thể là nguyên nhân kế tiếp Lý do là mùi hôi thường có liên quan với

vs V kỵ khí, mặc dù hơi thô thiển, nhưng lúc này khứu giác giống như là 1 thiết bịquan hắc Có thể sử dụng 1 máy đo Oxy, tuy nhiên, mặc dù hiệu quả hơn, đáng tin cậyhơn, nó rất đắt tiền Với 1 hệ thống tự động, lượng oxi trong không khí “cấp vào” hiểnnhiên sẽ lớn hơn trong dòng không khí thoát ra

3.4.4.3 Đo lường độ ổn định của sản phẩm/quá trình:

Xem sản xuất compost là 1 giải pháp xử lý chất thải, người ta không ngừngtìm kiếm thí nghiệm nào vừa thực tế về mặt khoa học vừa tiết kiệm để xác định mức

độ ổn định của quá trình hay của sản phẩm Do đó, rất nhiều thí nghiệm và kỹ thuậtphân tích đã được xem xét vấn đề là tất cả những thí nghiệm đó ít hay nhiều đều cónhững khiếm khuyếtlàm giảm tính có ích của chúng Ví dụ như với thí nghiệm dựatrên những thay đổi tính chất vật lý của sản phẩm compost hay cơ chất, thí nghiệmnày thường có tính chủ quan cao, và đã chủ quan thì thường khó có được ứiông tinxác ứiực Sự nhầm lẫn sự ổn định với ổn định tạm thời gây ra bởi lượng hơi ẩm thấpminh họa cho tính chủ quan.

Một khiếm khuyết khác rất thường gặp là thiếu tính tổng quát, thể hiện dướidạng những giá trị không thích họp Ví dụ như thí nghiệm xác định độ ổn định dựatrên nồng độ chất rắn dễ bay hơi Giả thiết cho thí nghiệm này là tất cả chất liệu chứachất rắn dễ bay hơi sẽ phân hủy với tốc độ như nhau và phân hủy sinh học giống ynhư nhau Từ giả thiết này, do thiếu tính tổng quát, sẽ có thể xuất hiện những lý luậnsai lầm

Các khiếm khuyết nói chung nhanh chóng được khắc phục nhờ những cải tiếnphương pháp phân tích và sự tiến bộ trong kỹ thuật phân tích Nhưng rất tiếc, nhữngtiến bộ đó cũng đòi hỏi người thực hiện phải có trình độ chuyên môn cao và sử dụngnhững trang thiết bị đắt tiền

a Tỷ lệ C:N thấp:

Có tỷ lệ C:N thấp hơn 20:1 thì không nhất thiết biểu thị ổn định; và do

đó nếu dùng nó để đo tính ổn định hoặc sự tăng trưởng có lẽ không phù hợp Tỷ lệC:N của phân tươi (không bao gồm lớp trải nền) thường thấp hơn 20:1

b Nhiệt độ sau cùng giảm xuống thấp:

Trong 1 trong những thí nghiệm đầu tiên, tiêu chuẩn để đạt được tính

ổn định là khối compost(composting mass) giảm dần và giảm liên tục nhiệt độ saucùng Tính kỹ thuật này dựa ừên sự thật rằng sự giảm sút nhiệt độ xảy ra do khôngcòn vật liệu dễ phân hủy (không ổn định) Ưu điểm của thông số này là sử dụng nó ởđâu cũng đều nhu nhau; kiểu tăng giảm nhiệt độ (nghĩa là hình dạng của đường congnhiệt độ) thế nào vẫn biểu diễn cùng 1 tính chất, bất kể vật liệu được sản xuấtcompost là gì Nhưng mặc dù nó đáng tin cậy, thí nghiệm này tốn thời gian, không cótính kỹ thuật ứng dụng tổng quát, và phụ thuộc vào độ tự tỏa nhiệt của vật liệu Tuynhiên, thí nghiệm này hoàn toàn hợp lý khi ứng dụng ở các nước đang phát triển vàcho những vận hành sản xuất nhỏ và vừa ở các nước công nghiệp

c Self-heatỉng capacỉty(khả năng tự sinh nhiệt)

Thí nghiệm, về khả năng tự sinh nhiệt của vật liệu, là biến số cho sựthay đổi giảm nhiệt độ sau cùng Làm thí nghiệm này là đưa mẫu vào bình Dewarílasks Bình Dewar được quấn trong nhiều lớp vải lót côtông hoặc bất kỳ chất liệucách nhiệt nào khác Sau khi quấn, bình Dewar được đặt trong lò ủ

Mức độ ổn định được biểu thị bởi mức độ tăng nhiệt độ sau đó.Phưomg pháp này tổng quát vì sự giảm sút thông số nhiệt độ là như nhau trong mọitình huống Nhược điểm của nó là rất mất thời gian,, có thể là rất nhiều ngày Tuynhiên, nó khá đom giản, tương đối rẻ, và họp lý để sử dụng trong các nước đang pháttriển

d Mức độ oxi hoá:

Một tiêu chí khác dùng để đo lường sự ổn định sự khác biệt rộng rãigiữa tỷ lệ vật liệu dễ phân hủy ứong nguyên liệu đầu vào “íeedstock” và trong mẫuđang làm thí nghiệm Tỷ lệ vật liệu dễ phân hủy có nghĩa là nồng độ chất có thể oxy

hóa Do đó, phương pháp được thiết kế để xác định lượng chất dễ phân hủy, nghĩa là,tính toán chất có thể oxi hoá, trong 1 mẫu đại diện Cơ sở cho thí nghiệm là sự khácnhau giữa nồng độ vật liệu dễ phân hủy trong rác thải thô và trong mẫu đang thínghiệm biểu thị mức độ ổn định của mẫu.

Cơ sở để sử dụng khả năng oxy hóa khử tính toán độ “trưởng thành” là

độ oxy-hóa sẽ tăng khi tăng sự khoáng hoá các hợp chất hữu cơ Sự tăng lên đó đượcgây ra bởi các hoạt động của vi khuẩn khi có mặt chất hữu cơ dễ phân hủy Sự có mặtchất hữu cơ dễ phân hủy làm tập trung hoạt động của vi khuẩn, do đó lượng oxi đượchấp thu cũng tăng lên làm giảm khả năng oxi hóa Một nhà nghiên cứu trình bày rằng

độ ổn định sẽ đạt được nếu khả năng oxi hóa của khu vục lõi của một luống < 50mVthấp hơn độ ôxy hóa ở khu vực ngoài cùng Rõ ràng tiêu chuẩn này không ứng dụngcho “in-vessel composting”(hệ thống sản xuất compost trong thết bị kin) Một thiếusót quan trọng của khi tính toán bằng khả năng oxi hoá là thí nghiệm thiếu độ chínhxác và nó rất nhạy cảm, có thể bị ảnh hưởng bởi các nhân tố tác động

e Fungus growth: Sự sinh trưởng của nấm

Hiệu quả của sự (maturity) “trưởng thành” hay hoai mục cơ chất lên tốc độ lớnlên và sự phát triển của các bào tử nấm Chaetomium gracilic là cơ sở để đo lường sựhoai mục Thí nghiệm bao gồm việc nuôi cấy nấm để nghiên cứu ở trên

chất dinh dưỡng dạng rắn chứa compost nghiền nhỏ (loại compost cần xác định độ ổn

định thông qua thí nghiệm) Saul2 ngày ủ ở nhiệt độ 37°c, đếm các bào tử của nấm.

Giả sử, số lượng bào tử nấm giảm là tăng độ maturity (quoai mục) Lợi ích của thínghiệm bị sút giảm nghiêm trọng vì thời gian thí nghiệm dài, cũng như là phụ thuộcvào các nhà phân tích, phải có kỹ năng và sự hiểu biết về khoa học nấm

f starch test: Thí nghiệm tinh bột

Một cách thí nghiệm khác là thí nghiệm tinh bột (Starch test), dựa vào giả thiếtrằng nồng độ tinh bột trong cơ chất sẽ giảm theo cùng với sự phân huỷ của các họpchất hữu cơ, tức là tăng sự ổn định Cơ sở của thí nghiệm là bởi vì tinh bột là chất dễphân huỷ và thường là thành phần không bền trong tất cả các loại chất thải Sự phânhuỷ tinh bột sẽ làm tăng sự ổn định của chất thải Bởi vậy, sản phẩmcompost đạtphẩm chất, hoàn toàn “trưởng thành” (hay hoai mục) phải không còn chứa tinh bột

và theo đó, C02 tạo ra, sẽ biểu thị có tồn tại quá trình phân huỷ tức là các chất không

ổn định về mặt sinh học Sự ổn định của cơ chất chỉ xảy ra khi tốc độ tiêu thụ 02 hoặctạo thành C02 ở mức thấp Quá trình trao đổi chất của vsv sẽ không có 1 điểm dừng

xác định mà tốc độ trao đổi chất từ từ sẽ giảm khi vật chất đã bị phân huỷ xong Do

đó, cần có kết quả phân tích những chất tham khảo, hoặc thông số thực tế hoặc cả 2,mới đánh giá được độ ổn định của vật liệu đem đi thí nghiệm

Nhìn chung, thí nghiệm về lượng 02 tiêu thụ hoặc C02 tạo thành rơi vào phạmtrù chung của quá trình hô hấp (respirometry) Nhiều tổ chức khác nhau đã công bố

các kết quả ứií nghiệm liên quan đến quá trình hô hấp (respirometry), trong đó gồmcó:

“Standard Test Method for Determining the Stability of Compost byMeasuring Oxygen Consumption, D5975”, American Society for Testing andMaterial;

“Speciíic Oxygen Uptake Rate, Test Methods for the Examination of

Composting and Compost (TMECC), 5.08 - a”, us Composting Council; and

“Carbon dioxide Evolution Rate (TMECC), 5.08 - B”, us Composting

Công nghệ sản xuất compost có 3 nhiệm vụ chính:

• Đầu tiên, (nhiệm vụ 1) là giai đoạn chuẩn bị: chuẩn bị hay xử lý sơ bộ chất thảiđầu vào sao cho nó trở thành cơ chất thích hợp cho quá trình compost Những chấtthải được nói đến ở đây là những chất thải hưũ cơ từ rác thải đô thị

• Giai đoạn 2, (nhiệm vụ 2) tiến hành quá trình sản xuất compost

• Giai đoạn 3, (nhiệm vụ 3) là chuẩn bị để lưu trữ sản phẩm an toàn, không cóvấn đề gây khó chịu hoặc nâng cao chất lượng của sản phẩm ví dụ như cải thiện khảnăng sử dụng, hay cải thiện khả năng tiêu thụ

3.5.2 Trang thiết bị:

Vai trò chính của trang thiết bị là để cung cấp những điều kiện môi trường

thuận lợi và những yếu tố đảm bảo cho sự sinh trưởng, phát triển của vsv, nhưng vẫn

đảm bảo tính kinh tế và kĩ thuật

Yếu tố quan tâm nổi bật là nồng độ Oxy trong compost, được cung cấp nhờ sựlàm thoáng đống compost Nhận biết sự quan trọng của yếu tố này cần phải chú ý đến

sự làm thoáng một cách hiệu quả khi thiết kế hay quy hoạch các thiết bị compost, cácbuồng ủ compost, và các bước tiến hành quá trình compost

Khí trong các kẽ hở giữa các hạt vật liệu sản xuất compost (khí bên trong) là

nguồn Oxy cho quần thể vsv tích cực Tuy nhiên, Oxy trong không khí xung quanh có

khả năng xâm nhập vào bề mặt của compost (lớp khí bề mặt) cũng là 1 nguồn Oxyquan trọng trong 1 vài hê thống sản xuất compost Do đó, giá trị thông thường củaOxy trong compost phụ thuộc vào tính xốp của đống compost

Trong Quá trình phân huỷ, Oxy trong các kẽ hở và ở lớp không khí bề mặt

được vsv sử dụng cho hô hấp và thải ra C02 Nếu Oxy trong các kẽ hở và trong lớpkhông khí bề măt không được thay thế thường xuyên bằng không khí sạch với lượngoxy đủ thì quá trình yếm khí sẽ nhanh chóng xảy ra Do đó, thiết bị làm thoáng phảiđược thiết kế sao cho không khí trong các kẽ hở và lớp bề mặt phải được phục hồitheo 1 tốc độ sao cho oxy luôn luôn có đủ.

Quá trình đảo trộn cơ học các hạt chất thải sẽ cung cấp nguồn oxy mới trongcác kẽ hở và lớp bề mặt, bằng cách tạo ra những kẽ hở mới, lớp không khí bề mặtmới, kèm theo đó là cung cấp Oxy

Quá trình đảo trộn được thực hiện bằng 1 trong 2 cách sau: Xáo trộn(tumbling), hoặc rung lắc (stiring) hoặc kết hợp cả hai:

• Xáo trộn là đưa hạt lên cao sau đó cho nó rơi xuống Trong các luống/đống(windrow) compost, xáo trộn được thực hiện bằng cách “đảo” (tuming) những vật liệuđưa vào sản xuất compost Ngoài ra xáo trộn còn được thực hiện trong một số hệthống sản xuất compost dạng ở trong thùng hay kênh mương, bằng cách thả rơi nhữngđống compost từ sàn này qua sàn khác hoặc từ 1 băng truyền này đến 1 cái khác thấphơn hay sử dụng những ừống xoay chậm, hoặc các thiết bị hình trụ có chong chóng ởbên trong để xáo trộn 1 nhóm gồm nhiều hệ thống sản xuất compost dạng ở trongthùng hay kênh mương

• Trong các hệ thống liên quan đến rung lắc, chủ yếu là chuyển động theo phươngngang, và không cần phải xáo trộn (nghĩa là khi đã xảy ra quá trình rung thì tiên hànhxáo trộn đồng thời là không càn thiết)

Trong nhiều hệ thống sản xuất compost, các hạt chất thải vẫn ở nguyên vị trí,chỉ có khí trong các khe hở là được thay thế gần như liên tục (việc có thay đổi vị trícủa vật thể không quan trọng, miến là làm sao để có thể cấp khí cho đống compost,chẳng hạn trong ủ tĩnh (static winđrow), khí vẫn được cung cấp mặc dù đống compostkhông hề thay đổi)

Sự trao đổi khí được thực hiện bằng cách thay thế khí bão hoà cơ2 bằng khímới Không khí bề mặt cũng được thay thế thường xuyên bằng khí cưỡng bức và loại

bỏ khí đã được sử dụng ra khỏi đống compost Những hệ thống liên quan đến trao đổikhông khí như vậy được gọi là hệ thống khí cưỡng bức Tính hiệu quả của hệ thốngnày được đánh giá bằng tốc độ cũng như khả năng phân phối khí đông đều đến toàn

bộ đống compost

3.5.3 Lọc sinh học :

Như đã trình bày trong chương trước, quá trình sản xuất compost tạo ra sảnphẩm phụ là mùi Loại và mức độ mùi là kết quả của loại vật liệu cho vào quá trình,kiểu quá trình compost, các điều kiện vận hành Mùi phát sinh gây khó chịu và phiền

hà cho người dân sống xung quanh Kiểm soát mùi ngay tại nguồn phát sinh, trongkhu vực sản xuất compost là 1 điều cần lưu ý trong thiết kế nếu nơi sản xuất compostđặt gần các khu dân cư

Yếu tố quyết định mức độ mùi ở khu vục xử lí tập trung là thành phần hoá học(các khí gây mùi), mức độ mùi phát sinh ở nơi sản xuất, điều kiện thời tiết, khí tượng

ở địa phương ( chẳng hạn: sự ổn định của khí quyển, vận tốc gió ) và khoảng cáchđến nơi nhạy cảm với mùi gần nhất Nguồn phát sinh mùi có thể do các loại vật liệuđầu vào, những vật liệu compost dễ phân hủy, những đống lưu trữ compost không ổnđịnh ( chưa phân huỷ hoàn toàn), và nhiều lý do khác

Lọc sinh học là phương pháp hữu hiệu để xử lí và giảm mức độ mùi phát sinh

do quá trình xử lý chất hữu cơ Ở Mĩ, ngày nay, hầu hết những nơi sản xuất compost ởdạng đống hiếu khí đều ứng dụng lọc sinh học để xử lý mùi Hơn nữa, phần lớnnhững địa điểm sản xuất đó đều sử dụng những công trình lọc sinh học truyền thống ởtrên mặt đất

Xu hướng gần đây trong công nghiệp đã đưa ra 1 số thiết kế khác (thiết bị sảnxuất compost) chẳng hạn: ứng dụng sàn lắc (agitated beds), những thùng chứa cơđộng (roll_off Container), những loại kho xử lý khác (other types of enclosures),những thiết kế này có thể kết hợp với các thiết kế lọc sinh học

Trong suốt ứiập niên 90 cho đến nay,sự tăng nhanh về số lượng của các địađiểm sản xuất compost từ rác xanh_green waste (lá cây tươi, cỏ, phân gia súc ) đượcnghiền nhỏ ở Mĩ và sản xuất compost từ chất hữu cơ ở châu Âu đều kết họp xem xét

kĩ lưỡng sự phát sinh mùi và kiểm soát chúng từ những nơi sản xuất compost Cácthiết kế và vận hành lọc sinh học đã được tập trung nghiên cứu và phát triển

Những lớp vật liệu lọc sinh học thông thường nhất bao gồm hỗn hợp sản phẩmcompost (compost thành phẩm), những vỏ dăm bào, đôi khi thêm vào những vật liệukhác, chẳng hạn than bùn, vôi, vỏ cây, hoặc cát Loại và đặc tính của lớp lọc ảnhhưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình lọc, cũng như độ bền của nó Lựa chọn lớplọc cũng dựa vào nồng độ của những họp chất gây mùi trong dòng khí thoát ra, độxốp (độ rỗng) của hỗn hợp vật liệu trong lớp lọc sinh học

Đến lượt độ xốp, nó có ảnh hưởng trực tiếp đến sự giảm áp lực - áp lực cần tạo

để đẩy khí qua chiều sâu lớp vật liệu lọc và do đó đòi hỏi năng lượng để vận hành hệthống_ quạt gió hoặc máy nén khí, và nó còn ảnh hưởng đến khả năng hỗ họ cho quần

vào vị ứí, 1 lớp vật liệu lọc 100-120cm được đặt lên trên Lớp vật liệu lọc này nênđược lựa chọn 1 cách thích hợp để lọc theo đúng yêu cầu kĩ thuật.

Trong nhiều trường họp, 1 lớp vật liệu lọc khác dày khoảng 30cm được đặt lêntrên lớp vừa xong Hiệu quả, hiệu suất của lớp lọc dựa vào những thông số sau: nhiệt

độ, độ ẩm, C/N, nồng độ chất dinh dưỡng, và những yếu tố khác

Hình 3.7

khí được xử lí Nhiều nhà thiết kế đã đưa ra những thiết kế khác để giảm nhiệt độ củakhí vào từ mức nhiệt độ cao xuống đến mức nhiệt độ thấp (30-40°C) Một vài phươngpháp khác là sự làm loãng với khí bên ngoài, khí ngoài trời hoặc khí trong phòng,hoặc dẫn qua nước

Mức độ làm loãng phải được tính toán thích hợp vì sự làm loãng có thể dẫn tớithêm năng lượng cung cấp cho quạt mà không đạt được mức giảm nhiệt độ như

Ỷ-Đẻ duy trì quần thể vsv mong muốn ưong lớp lọc sinh học, cần phải giữ độ

ẩm ưong khoảng 50-55% Độ ẩm có thể được điều khiển bằng những thiết bị làm ẩm

và giữ ẩm ừong ống phân phối khi hoặc lắp đặt những vòi phun, xịt phía trên vật liệulọc

Độ ẩm thẽm vào phải tính toán cẩn thận để duy trì độ ẩm mong muốn và tránhnưởc rò rỉ sinh ra đồng thời, và làm tắc những khoảng hở trong lớp vật liệu lọc, cũngnhư trong ống

Tỷ lệ C/N và hàm lượng dinh dưỡng giúp cho việc duy trì quân thể vsv xử líkhí thoát ra Những thông số này liên quan tới việc lựa chọn lớp vật liệu lọc thích họp

cell platỡ

{point ờf attachmẽnl ior open bag ends)

Clean Dusrt

y Aii

Những thông số khác ảnh hưởng đến hoạt động của lọc sinh học bao gồm: độrỗng, khả năng giữ nước, và sự phân phối kích thước hạt( khoảng kích thước hạt thíchhọp) Sự phân phối độ rỗng và độ ẩm có thể điều chỉnh bằng việc xáo trộn, đảo trộntheo chu kì.

Phượng tiện lọc sinh học sẽ dần dần tiến tới 1 giới hạn mà khi đó hiệu quả lọcgiảm mạnh và nên được thay thế Mặc dù điểm thay thế thực sự rất khác nhau và phụthuộc vào từng trường họp cụ thể và từng loại vật liệu sử dụng, người vận hành nên

có những kế hoạch khái quát để thay thế vật liệu 2-3 năm 1 lần

3.5.4 Những Yếu Tố Sử Dung Lưa Chon Hê Thống:

Sử dụng những yếu tố thích hợp để quyết định lựa chọn hệ thống là cần thiết,không chỉ để lựa chọn hệ thống trang thiết bị hợp lí mà còn để thực hiện thành côngtoàn bộ quá trình sản xuất compost

Trải nghiệm thực tế chứng minh những nguyên lí cơ bản thực sự có ích, vànhững yếu tố để quyết định lựa chọn hệ thống được thảo luận trong phần này

Nguyên lí cơ bản và cực kì có giá trị là sự phức tạp thì không chắc sẽ thànhcông, cụ thể là bởi vì sự phức tạp không tạo ra hiệu quả của quá trình(nghĩa là, khôngphải lúc nào những quá trình phức tạp cũng mang lại hiệu quả cao, có lúc những quátrình đơn giản vẫn đạt được kết quả cao hơn) Chất lượng sản phẩm không nhất thiếtđược cải tiến là nhờ vào sự phức tạp Quan trọng hơn, kinh tế của quá trình compost

chỉ cho phép mức độ phức tạp rất thấp Dó đó, bất kì sự giảm thời gian sản xuất nào

có thể thực hiện được bằng việc tăng tính phức tạp cũng không đảm bảo về kinh tế(nghĩa là chi phí cho việc làm tăng sự phức tạp nhằm làm giảm thời gian của quá trình

là quá cao, trong khi việc làm giảm thời gian thì không thật sự mang lại hiệu quả kinhtế)

Có thể hình dung, có thể thiết kế 1 buồng ủ compost (reactor) mà sản phẩmcompost có thể được sản xuất trong thời gian 1-2 ngày Ví dụ, có 1 phương pháp nhuvậy để tạo ra 1 loại bùn rất tốt và sau đó được sử dụng làm bùn hoạt tính trong quátrình xử lí nước thải Tuy nhiên, chí phí đầu tư và vận hành sẽ cao đến nỗi không thểthực hiện được

Một trong số những yếu tố quyết định khác liên quan đến kinh tế Nói 1 cáchđơn giản, hệ thống được lựa chọn phải thích họp với điều kiện kinh tế và năng lực làmviệc của địa phương mà nó được sử dụng Yếu tố này làm cho hoàn toàn không thể đềnghị lựa chọn 1 hệ thống tương đối tự động đối với các quốc gia không phải côngnghiệp hoá, vì nó vượt quá khả năng của họ, và do vậy chắc chắn sẽ thiếu nguồn nhânlực có chuyên môn và thiếu nguồn tài chính cần thiết

Một yếu tố quyết định quan trọng mang tính hướng dẫn khác có liên quan đếnđánh giá hoạt động về sau đối với việc vận hành 1 hệ thống sản xuất compost tự động.Một đánh giá như vậy nên lưu tâm đến khuynh hướng của người sản xuất thường đưa

ra những nhận định không đúng sự thực (quá tuyệt vời) về hiệu suất, tốc độ của quá

trình, hiệu quả quá cao hoặc cho ra những sản phẩm cực kì tốt Nhận định về thời giancho quá trình nên tính toán đến tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất compost,tức là, quá trình ủ (incubation), hoạt động (active) (nhiệt độ cao và chuyển hóa) vàtrưởng thành (maturing).

Một cách lý tưởng, việc đánh giá sẽ bao gồm sự theo dõi trực tiếp từ đầu đếncuối hệ thống được lựa chọn trong khi nó hoạt động Rất cần thiết phải quan sát, theodõi và đánh giá bởi 1 cá nhân hoặc nhiều cá nhân, những người am hiểu tường tận quátrình sản xuất compost cũng như quản lí chất thải rắn Hơn nữa, sản phẩm compostnên được lấy mẫu và kiểm tra lcách chính xác tại những nơi sản xuất compost vàongày nó được sản xuất

Cuối cùng là quá trình sinh học, sản xuất compost thì phải tuân theo đặc tínhgiới hạn của tất cả hệ thống sinh học Do đó, sự phát triển nhanh chậm của quá trình

và mức độ phân huỷ dưới những điều kiện cơ chất, môi trường, điều kiện vận hành

thuận lợi là chức năng cơ bản của cấu tạo di truyền của quần thể vsv Vì vậy, cho dù

phức tạp đến mức nào, buồng ủ compost hoặc thiết bị không thể mang lại những tiến

bộ vượt bậc về tốc độ và mức độ của quá trình phân huỷ(i.e, tốc độ và phạm vi của

quá trình phân huỷ phụ thuộc nhiều vào đặc tính di truyền của vsv chứ không phải

vào các thiết bị.)

3.6 NHỮNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT COMPOST

Những hệ thống sản xuất compost hiện đang được ưa thích sử dụng có thểphân thành hai loại rõ ràng, là : “windrow” (đánh luống) và “in-vessel” (trong thùnghay kênh mưong)

3.6.1 Hệ thống sản xuất compost dạng “windrow”

Như các bạn nghi ngờ, tên gọi “hệ thống sản xuất compost dạng “windrow””

đã nói lên việc sử dụng các luống (“windrows”) để sản xuất compost, đây chính là nétđăc trưng tiêu biểu của những hệ thống mang tên này Hệ thống sản xuất compostdạng “windrow” có thể được cơ giới hoá cao và thậm chí phần nào đó như 1 quy trình

tự động Hiện nay, trong thực tế, có hai kiểu hệ thống sản xuất compost dạng

“windrow” được sử dụng, đó là: hệ thống tĩnh (“static” hay “stationary”) và hệ thống

có đảo trộn (“tumed”) Như phần trước có trình bày, cách làm thoáng khí (aeration)chính là điểm khác nhau cơ bản giữa kiểu tĩnh và kiểu có đảo trộn Trong đó, đối vớikiểu tĩnh, cách làm thoáng khí không cần xáo trộn luống compost, ngược lại, đối vớikiểu có đảo trộn, cách làm thoáng khí là giật luống đổ mạnh xuống sau đó dồn đốngtrở lại

Một quá trình sản xuất compost dạng “windrow” gồm các bước cơ bản sau:

• Trộn lẫn vật liệu có hàm lượng chất xơ cao kích thích hoạt động phân hủy(“bulking agent”) vào chất thải rắn nếu cần thiết (ví dụ như đối với bùn trong quáưình xử lý nước thải hay “biosolids”)

• Đánh luống và bố trí phương pháp làm thoáng khí

• Tiến hành quá trình ủ compost

• Sàn lọc hỗn họp sản phẩm compost để loại bỏ những vật liệu có hàm lượngchất xơ cao có thể tái sử dụng và hoặc để tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn kỹthuật

• Xử lý sản phẩm compost (“curing” - quá trình cho phép 1 phần sản phẩm

compost tập trung lại thành đống trong 1 khoảng thời gian nhất định, đây là 1 phầncủa quá trình làm cho sản phẩm compost hoàn toàn ổn định (“mature”) trong toàn

bộ quá trình sản xuất compost)

• Lưu trữ

3.6.1.1 Sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh (“Static windrow”)

Có 2 kiểu đống ủ compost tĩnh, đó là: cấp khí thụ động (“passive”) và cấp khícưỡng bức (“forced-air”) Mặc dù 2 kiểu hệ thống có phân biệt, nhưng thuật ngữ “sảnxuất compost dạng luống kiểu tĩnh” (“static pile”) và “sản xuất compost làm thoángkhí cưỡng bức” (“forced-air aeration) thường đươc thay phiên sử dụng trong tập tàiliệu này

a Sản xuất compost làm thoáng khí thu đọng

Để đảm bảo ý nghĩa đã được thừa nhận của từ “thụ động”, người ta không xáotrộn luống ủ compost mà phương pháp làm thoáng khí là để tự nhiên Phương pháphay cách thức này không có sự can thiệp của máy móc (ví dụ như: quạt hay thiết bịđảo trộn) Do đo nó có vẻ là phương pháp làm thoáng khí rất phù hợp với những nướcđang phát triển

Trong sản xuất compost làm thoáng khí thụ động, mặc dù một lượng oxy cóthể xâm nhập vào lớp ngoài cùng của luống ủ bằng cách khuếch tán, lực chuyển động

cơ bản để đưa không khí bên ngoài xâm nhập vào trong luống ủ compost và thay thế

C02 là sự đối lưu về mặt lý thuyết, khí đi vào luống ủ không cần có sự can thiệpcủa máy móc Sự đối lưu xuất hiện do chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong luống ủcompost và lớp không khí bên ngoài, do chênh lệch nồng độ oxy và do dòng khôngkhí thổi ngang qua luống ủ

Trong một vài trường họp, để đầy mạnh sự đối lưu và sự di chuyển của khôngkhí, người ta thiết kế thêm bộ phận cho hệ thống Những bộ phận này thường đượcthiết kế theo hình dáng các ống thông khí và lỗ thông hơi, chen vào trong các đống ủcompost Lấy ví dụ, ở Trung Quốc, người ta đã sử dụng một hệ thống sản xuấtcompost có phương pháp làm thoáng khí thụ động Chất hữu cơ được xử lý trong hệthống (trong trường họp được quan sát, là chất hữu cơ trong rác thải và phân bắc) ởdạng hỗn họp Hỗn họp này được dồn thành đống có chiều cao khoảng chừng 15-20cm Sau đó, 4 cây gỗ có đường kính khoảng từ 6-8cm được đặt nằm ngang trên hỗnhọp theo hình “#” Khoảng cách giữa những cây gỗ khoảng lm Tại những điểmchúng giao nhau, dựng lên 4 cây gỗ đứng thẳng (hoặc những cái cọc trúc) Sau đó,chất rác thải lên cho đến khi luống đạt độ cao khoảng chừng lm Tiếp theo toàn bộluống được phủ bùn Ngay khi bùn khô, người ta lấy những cây gỗ ra khỏi luống.Theo lời của người đại diện của chính quyền thành phố đến thăm (thành phố Tianjin),quá trình ủ compost mất khoảng 3 tuần trong mùa hè và khoảng 4 tuần ừong mùađông sẽ hoàn thành Những người thiết kế hệ thống đã cho rằng hệ thống này có nhiều

ưu điểm, bao gồm; 1) Đạt được nhiệt độ cao trong đống ủ compost 2) Đạt được sựphân phối nhiệt độ khá đồng đều 3) Sự phát thải mùi ít nhất

Đáng tiếc, hiệu quả của những thiết kế như vậy và sự đối lưu trong hệ thống đểđảm bảo duy trì điều kiện hiếu khí trong toàn bộ khối ủ compost chưa tốt vấn đề là sự

di chuyển khí ở cạnh bên khồng đủ

Tên gọi “làm thoáng khí cưỡng bức” đã thể hiện phưcmg pháp làm thoáng khítrong hệ thống là dùng thiết bị thổi không khí từ dưới lên trên (áp lực dương) hoặcdùng thiết bị hút không khí từ trên xuống (áp lực âm) đi xuyên qua đống ủ compostkhông xáo trộn Từ những năm 1950, hệ thống với phương pháp làm thoáng khícưỡng bức đã được giới thiệu và nghiên cứu Tuy nhiên, cho đến những năm 1970,

nó mới được chú ý đến Mặc dù thực tế đã chứng minh hiệu quả của nó trong sảnxuất compost từ phân bón, nhưng mọi người đã chuyển hướng chú ý sang ứng dụngkhác vì cơ bản hệ thống có khả năng thích nghi nhanh chóng với xử lý bùn thải

Điểm hấp dẫn của phương thức hút khí cưỡng bức từ trên xuống (áp lực âm) làkhả năng dẫn khí thoát ra đi qua thiết bị xử lý mùi Thiết bị đó có thể là lọc sinh họcvới vật liệu lọc là khối vật liệu hữu cơ ổn định Xử lý mùi trong sản xuất compost ởcác nước đang phát triển bằng lọc sinh học là cách giải quyết rất thích họp Các thiết

bị xử lý mùi khác có thể kết hợp sử dụng công nghệ xử lý khí thoát ra từ quá trình đốtcháy cải tiến

Trong đống ủ compost tĩnh, nếu độ ẩm không cao quá mức, điều kiện hiếu khí

có thể được duy trì ở mức họp lý không kể những gián đoạn ngắn định kì do quá trìnhlàm thoáng (độ ẩm an toàn là trong phạm vi 40-55%) Bởi vì tốc độ cần thổi/hút khíphụ thuộc vào một số nhân tố thay đổi nên muốn xác định tốc độ thực sự càn thổi/hútkhí trong trường họp cụ thể nên tiến hành thí nghiệm

Hình 3.8: Vỉ dụ của phương pháp làm thoáng khí tự động được sử dụng ở Trung

Quốc

b Sản xuất compost làm thoáng khí cưỡng bức

Ví dụ sau cho ta những chỉ số thực nghiệm về tốc độ khí có thể gặp phải Ví

dụ cho giả thiết là có một luống ủ compost cao 17m, chứa khoảng 73 tấn chất thải rắndạng bùn thải Đối với loại hệ thống này hệ thống thổi không khí vào đống ủ compost

có trình tự thời gian biểu là 16m3/h trong 5-10 phút với thời gian giãn cách là 15 phút.Giả thiết về nhu cầu khí, trong trường hợp này, là khoảng 4L/s/tấn khối lượng bùnthải khô

c Thiết kế vả xây dựng :

Một hệ thống sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh được bố trí cơ bản nhưtrong hình 9-6 Quá trình xây dựng hệ thống thông thường như sau: đặt 1 vòng ốngđục lỗ đường kính 10-15cm trên vị trí đặt đống ủ compost

Vòng ống đục lỗ được đặt dọc theo luống và ở ngay chính giữa sao cho nó sẽ

ở dưới phan cao nhất của đống ủ compost

Đẻ tránh không khí bị tắc nghẽn, phải điều chỉnh chiều dài ống vừa đủ để ốngchấm dứt cách lề luống ủ compost khoảng 2~3m Nối vòng ống đục lỗ với quạt gióbằng ống không đục lỗ Phủ lên trên vòng ống vừa lắp đặt một lớp vật liệu có hàmlượng chất xơ cao (“bulking material”) hay sản phẩm compost đã hoàn thành

Lớp “nền” này nên trải hết diện tích có luống ủ compost Nó làm cho sựchuyển động của khí được dễ dàng và khí sẽ có thể được phân phối đều trong suốt quátrình diễn ra hoạt động ủ compost

Sau đó, chất thải dự định sản xuất compost được đánh luống lên trên lớp

“nền”, hoàn tất luống ủ compost Toàn bộ luống ủ sau cùng nên có hình dạng như thể

hiện trong hình 2.9 Kích thước đề nghị của một luống ủ compost như sau: chiều dài,

khồng có giới hạn; chiều rộng (tại nền) khoảng 4,6m; và chiều cao, khoảng 2,3m.Thông thường, phía trên luống ủ compost phủ 1 lớp sản phẩm compost đã hoàn thànhkhoảng 0,3-0,4m

Lớp phủ này giúp cho luống ủ được cách ly, đảm bảo nhiệt độ bên ừong toàn

bộ đống ủ đạt được mức nhiệt độ đủ cao tiêu diệt các mầm bệnh , nhờ vậy gần nhưtiêu diệt hoàn toàn tất cả các loại mầm bệnh

“Sản xuất compost dạng luống làm thoáng khí kéo dài” (“extended aerated

pile”) là tên gọi 1 hệ thống sản xuất compost liên tục (“continuous culture”) kiểuthoáng khí cưỡng bức Nó là phưomg pháp có lợi vì xử lý được một số lượng lớn vậtliệu Khi tiến hành hệ thống kiểu này, ngày-1 là đánh luống ủ compost giống như cáchthức đã trình bày ở đoạn trên.

Tuy nhiên, chỉ phủ vật liệu cách ly nửa bên luống và hai đầu luống phần nửabên còn lại để phơi ra ngoài Đe giảm thiểu sự phát thai mùi, phần phơi ra ngoài đượcphủ nhẹ bằng một lớp sản phẩm compost mỏng Mỗi ngày tiếp theo sau đó, thêmvòng ống đục lỗ và luống compost mới cùng với lớp phủ thích hợp vào sát cạnh bênluống ủ của ngày trước đó

Phần bổ sung mỗi ngày được xây dựng theo quy trình giống như với luống ủcompost ngày-1 Quy trình này được lặp lại trong suốt những ngày tiếp theo Sau 21ngày, kết quả có được là một luống ủ compost được làm dài ra Tiếp theo đó, người tathu dọn đống ủ compost của ngày-1 (đống ủ compost-1) và thay vào đó bằng một vậtliệu mới (vật liệu tươi/thô) Sự trao đổi này cứ thế tiếp tục vào mỗi ngày tiếp theo

Nói tóm lại, sản phẩm compost đã hoàn thành (được gọi là sản phẩm compost)được lấy đi sau 21 ngày kể từ khi xây dựng đống ủ compost-1 (Nếu sản phẩm thuđược vẫn chưa đủ độ ổn định để gọi là compost thì ngày thu dọn sản phẩm compost sẽdời lại cho đến khi chắc chắn là nó đã hoàn toàn ổn định)

Nếu trong ngày thứ 21, sản phẩm compost thu được từ đống ủ ngày-1 đã ổnđịnh hoàn toàn, thì ngày thứ 22, đống ủ compost-2 cũng được lấy đi và được thay thếbằng vật liệu mới Sự trao đổi tương tự diễn ra vào ngày thứ 23

Và cứ mỗi ngày, sự hao đổi cứ thế tiến hành cho đến khi tất cả các đống đượcxây dựng lại Sau đó, bề ngoài của luống ủ compost cho thấy nó là 1 luống ủ dài, mà

từ đầu bên này, sản phẩm compost hoàn thành cứ được lấy đi rồi thay vào đó vật liệutươi (mới) dần dần cho đến đầu bên kia Hiệu quả của hệ thống chính là đã đạt tới vàgiữ được sự liên tục; và thời gian lưu của vật liệu là 21 ngày

Ưu điểm quan trọng của phương pháp kéo dài vừa nêu là giảm được đáng kểnhu cầu về không gian xử lý Đối với bùn thải, diện tích đất cần cho hệ thống sảnxuất compost 1 luống, có kèm diện tích thu gom, lưu trữ và quản lý nước mưa, là

khoảng 1 ha có thể xử lý 7-10 tấn bùn thải (tính theo trọng lượng khô), d Đánh giá phương pháp sản xuất compost dang luống kiểu tĩnh:

Vì vốn phần lớn đầu tư cho địa điểm xử lý, nên phương pháp sản xuấtcompost này khó có thể có chi phí đầu tư thích hợp Mặc dù nếu đầu tư và yêu cầutrang thiết bị vừa phải có thể làm cho nó giảm bớt chi phí, nhưng vấn đề là phươngpháp này chỉ xử lý tốt cho những chất thải có cấu tạo dạng hạt, kích thước hạt khôngquá 3-4cm và tương đối đồng đều

Nếu trong cơ chất có quá nhiều dạng hạt có kích thước to quá mức sẽ xuấthiện và phát triển những túi kỵ khí Khuynh hướng này là hậu quả của không khí điqua luống ủ compost (luồng khí thổi) không được phân phối đồng đều và di chuyểnkhông đều

3.6.1.2 Sản xuất compost dạng luống kiểu có đảo trộn (“turned windrow”)

Hiện nay, mọi ý kiến đều nhất trí là phương pháp sản xuất compost dạng luốngkiểu có đảo trộn xuất hiện sớm hơn kiểu (tĩnh) làm thoáng khí cưỡng bức Như phầntrước đã nêu, điểm riêng biệt của dạng luống kiểu có đảo trộn là làm thoáng khí bằngcách đảo trộn vật liệu trong luống theo chu kỳ, nghĩa là, giật luống đổ mạnh xuống

sau đó dồn đống trở lại.

Mặc dù lý do cơ bản của quá trình đảo trộn là làm thoáng khí, nhưng nó đồngthời còn có vai trò có ích khác Thực vậy, nhờ đảo trộn, tất cả các phần của đống ủcompost theo định kỳ được tiếp xúc trực tiếp với phần bên trong của luống, đây chính

là nơi diễn ra các hoạt động hết sức tích cực của vi khuẩn Đảo trộn còn làm giảmkích thước hạt xuống nhỏ hơn Đảo trộn làm đống ủ compost nhanh chóng bị mấtnước Việc này sẽ là ưu điểm nếu độ ẩm thừa, trái lại, nó sẽ là nhược điểm khi độ ẩmquá thấp

a Xây dựng luống ủ compost

Thông thường, mặt cắt 1 luống ủ compost cơ bản có hình nón Tuy nhiên, một

số điều kiện nhất định có thể làm thay đổi hình dạng này Nếu có thay đổi, tốt nhấtnên chọn hình dạng nào thích họp nhất trong hoàn cảnh cụ thể đó

Vào mùa khô, gió lớn, tốt nhất nên thiết kế luống ủ compost có hình dạnggiống như ổ bánh mì, với mặt trên phẳng, vì tỷ lệ “diện tích bề mặt tiếp xúc : thể tích”

sẽ thấp hơn các dạng thiết kế khác

Tuy nhiên, vào mùa có mưa hay có tuyết, mặt trên bằng phẳng sẽ ừở thànhnhược điểm Nếu đảo trộn bằng máy, thì hình dạng và kích thước của luống ủcompost phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị đảo trộn

Đẻ tránh bị nén chặt, chiều cao của luống ủ compost không nên vượt quá2,3m

b Yêu cầu không gian cho viêc đảo trôn

Toàn bộ khoảng không gian cần để tiến hành quá trình đảo trộn có thểrất lớn Nếu đảo ưộn thủ công, diên tích yêu cầu khá lớn Ngược lại, có 1 số loại thiết

bị đảo trộn, diện tích yêu cầu rất nhỏ

Theo cách đảo trộn trong sơ đồ hình 2.10, diện tích yẽu cầu để đảo trộn thủ

công 1 luống ủ compost là 2-2,5 lần diện tích nguyên của luống ủ ban đầu Đảo trộnthủ công trong ngày thứ hai đưa đống ủ trở lại vị trí ban đầu Diện tích cần cho đảotrộn tiếp tục giữ nguyên như thế mỗi ngày cho đến khi vật liệu được phân hủy ổn địnhhoàn toàn

Hình 3.10: Quy trình đảo trộn những luống ủ compost hằng phương pháp thủ công

Neu đảo trộn bằng máy, yêu cầu không gian đảo trộn tùy thuộc vào loại thiết bị sửdụng Như vậy, sẽ có những loại thiết bị mà không gian đảo trộn cần thiết rất nhỏ.Những thiết bị loại này thường được thiết kế với thân máy nằm bên trên luống ủ Khi