Khóa luận nghiên cứu công nghệ xử lý bùn thải giấy theo hướng tái sản xuất

CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Qua nhiều năm liên tục thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa, công nghiệp tỉnh Bình Dương đạt được nhiều thành tích đáng kể, tình hình kinh tế xã hội của tỉnh trong năm 2013 tiếp tục có những chuyển biến tích cực, đạt mức tăng trưởng khá. Hoạt động sản xuất công nghiệp tiếp tục phát triển và tăng trưởng một cách ổn định. Theo báo cáo tình hình kinh tế xã hội, Quốc phòng an ninh quý I năm 2013 giá trị sản xuất quý I năm 2013 của tỉnh Bình Dương ước đạt 29.906 tỷ đồng, tăng 9,1%. Doanh thu của các doanh nghiệp tăng trong đó, doanh thu doanh nghiệp Nhà nước tăng 8,4%, doanh thu xuất khẩu giảm 9,9%; doanh thu ngoài quốc doanh tăng 18,2%, doanh thu xuất khẩu tăng 13,8%; doanh nghiệp đầu tư nước ngoài doanh thu tăng 4,5%, doanh thu xuất khẩu tăng 12%. Tổng mức bán lẻ hàng hóa và doanh thu dịch vụ ước đạt 19.325 tỷ đồng, tăng 18,3. Bên cạnh những lợi ích kinh tế xã hội, sự tăng trưởng vượt bậc về công nghiệp kéo theo ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt là đối với ngành công nghiệp sản xuất giấy. Tính đến hết tháng 62005, Bình Dương có khoảng hơn 97 nhà máy sản xuất giấy và các sản phẩm giấy, tất cả các nhà máy này đều được xây dựng từ sau năm 1994. Đến nay, đa số các nhà máy đều có hệ thống xử lý nước thải, tuy nhiên do đặc thù nước thải của ngành sản xuất này có lưu lượng và tải lượng các chất gây ô nhiễm cao, công nghệ xử lý nước thải đa dạng nhưng do công tác phòng ngừa ô nhiễm chưa được thực hiện tốt, ý thức vận hành của các doanh nghiệp còn kém, vận hành không đúng quy trình, thiếu sự kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ hệ thống… dẫn đến chi phí vận hành cao, xử lý không hiệu quả và không đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam theo quy định. Các nhà máy sản xuất giấy đều tiềm tàng nhiều khả năng gây ô nhiễm môi trường, là một trong các ngành làm suy giảm chất lượng môi trường nước mặt của tỉnh. Đặc biệt bùn thải từ các nhà máy giấy là những chất khó phân hủy, tồn lưu bền trong môi trường và gây tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng.

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

Qua nhiều năm liên tục thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa, công nghiệptỉnh Bình Dương đạt được nhiều thành tích đáng kể, tình hình kinh tế - xã hội củatỉnh trong năm 2013 tiếp tục có những chuyển biến tích cực, đạt mức tăng trưởngkhá Hoạt động sản xuất công nghiệp tiếp tục phát triển và tăng trưởng một cách ổnđịnh

Theo báo cáo tình hình kinh tế - xã hội, Quốc phòng - an ninh quý I năm 2013giá trị sản xuất quý I năm 2013 của tỉnh Bình Dương ước đạt 29.906 tỷ đồng, tăng9,1% Doanh thu của các doanh nghiệp tăng trong đó, doanh thu doanh nghiệp Nhànước tăng 8,4%, doanh thu xuất khẩu giảm 9,9%; doanh thu ngoài quốc doanh tăng18,2%, doanh thu xuất khẩu tăng 13,8%; doanh nghiệp đầu tư nước ngoài doanh thutăng 4,5%, doanh thu xuất khẩu tăng 12% Tổng mức bán lẻ hàng hóa và doanh thudịch vụ ước đạt 19.325 tỷ đồng, tăng 18,3 Bên cạnh những lợi ích kinh tế - xã hội,

sự tăng trưởng vượt bậc về công nghiệp kéo theo ô nhiễm môi trường ngày càngnghiêm trọng, đặc biệt là đối với ngành công nghiệp sản xuất giấy Tính đến hếttháng 6/2005, Bình Dương có khoảng hơn 97 nhà máy sản xuất giấy và các sảnphẩm giấy, tất cả các nhà máy này đều được xây dựng từ sau năm 1994 Đến nay,

đa số các nhà máy đều có hệ thống xử lý nước thải, tuy nhiên do đặc thù nước thảicủa ngành sản xuất này có lưu lượng và tải lượng các chất gây ô nhiễm cao, côngnghệ xử lý nước thải đa dạng nhưng do công tác phòng ngừa ô nhiễm chưa đượcthực hiện tốt, ý thức vận hành của các doanh nghiệp còn kém, vận hành không đúngquy trình, thiếu sự kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ hệ thống… dẫn đến chi phí vậnhành cao, xử lý không hiệu quả và không đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam theoquy định Các nhà máy sản xuất giấy đều tiềm tàng nhiều khả năng gây ô nhiễmmôi trường, là một trong các ngành làm suy giảm chất lượng môi trường nước mặtcủa tỉnh Đặc biệt bùn thải từ các nhà máy giấy là những chất khó phân hủy, tồn lưubền trong môi trường và gây tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng

Tuy nhiên, bùn thải từ các nhà máy giấy có thành phần chứa khá nhiều chất hữu

cơ như: Cellulose, hemicellulose… có thể xem như là một nguồn nguyên liệu thíchhợp để sản xuất phân compost Bên cạnh đó, bùn thải giấy lại rẻ tiền, khối lượnghàng năm rất lớn góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do đốt bỏ hay thải

bỏ các nguồn nguyên liệu này Do vậy, nhóm em chọn thực hiện đề tài: “Bước đầu

nghiên cứu đánh giá khả năng sản xuất phân compost từ nguyên liệu bùn thải nhàmáy giấy”.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu.

Loại bỏ kim loại nặng trong bùn thải giấy, nhằm mục đích đưa bùn thải giấy

ra khỏi ngưỡng của chất thải nguy hại và thỏa mãn các tiêu chuẩn của US EPA vềhàm lượng chất ô nhiễm trong bùn thải giấy Từ đó, xây dựng mô hình ủ phâncompost từ bùn thải giấy phối trộn với các chất thải hữu cơ khác như: Chất thải rau

củ quả và cỏ Sau đó phân compost được sử dụng để cải tạo đất trồng góp phần bảo

vệ môi trường và giảm thiểu việc sử dụng phân hóa học trong nông nghiệp

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu.

Bùn thải giấy được nhóm nghiên cứu là bùn thứ cấp được phát sinh từ quátrình xử lý nước thải của Công ty TNHH New Toyo Pulppy (Việt Nam) tại tỉnhBình Dương

Chất thải rau, củ, quả được lấy từ Chợ đầu Mối Nông sản Hóc Môn, ThànhPhố Hồ Chí Minh Chất thải rau, củ, quả không có lẫn các chất thải rắn khác như:

Gỗ, túi nilon, giấy, nhựa,

Cỏ được lấy từ huyện Bình Chánh, Thành Phố Hồ Chí Minh Cỏ được sử dụng

là cỏ dại đã loại bỏ các tạp chất

1.3.2 Phạm vi nguyên cứu.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là bùn thải tại các nhà máy sản xuất giấy côngnghiệp đang hoạt động trên địa bàn tỉnh Bình Dương Cụ thể là Công ty TNHH NewToyo Pulppy (Việt Nam)

Mô hình được nghiên cứu trong điều kiện khí hậu tại Quận Tân Phú, Tp Hồ ChíMinh

- Nhiệt độ trung bình 30oC

- Ánh sáng tự nhiên

- Độ ẩm trung bình 60%

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Dựa vào những tài liệu sẵn có về quá trình phân hủy (lên men) hiếu khí chấtthải có nguồn gốc hữu cơ, để xây dựng mô hình ủ compost từ bùn thải giấy thứ cấp

và phối trộn với cỏ hoặc chất thải rau, củ, quả

Thu thập các số liệu từ quá trình ủ compost, các thông số trong quá trình theodõi nhiệt độ, độ sụt giảm thể tích, pH, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng Cacbon, Nitơ

từ các bài báo và luận văn đã được làm Trong quá trình nghiên cứu nhóm đã sửdụng một số phương pháp như sau:

- Phương pháp thực nghiệm: Làm thực nghiệm mô hình ủ phân compost vớicác yếu tố đầu vào đã được xác định

- Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Phân tích hàm lượng chất hữu

cơ, Nitơ tổng đầu vào và đầu ra; theo dõi biến thiên nhiệt độ, độ ẩm, độ sụt lún

- Phương pháp phân tích và đánh giá: Phân tích, nhận xét và đánh giá số liệu

và kết quả sau quá trình ủ

CHƯƠNG II:

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH GIẤY VÀ BÙN THẢI GIẤY

2.1 Tổng quan về ngành công nghiệp giấy.

2.1.1 Tình hình phát triển nghành giấy tại Việt Nam.

Giấy là một sản phẩm của nền văn minh nhân loại với lịch sử lâu đời hàngnghìn năm Thành phần chính của giấy là cellulose, một loại polymer mạchthẳng và dài có trong gỗ, bông và các loại cây khác

Theo thống kê của Hiệp hội giấy Việt Nam, ngành giấy đạt tốc độ tăng trưởngcao và liên tục trong những năm vừa qua Từ năm 1990 đến 1999, tốc độ tăngtrưởng bình quân là 16%, 3 năm sau đó (2000 đến 2002) đạt 20% Tốc độ tăngtrưởng của 5 năm tiếp theo là 28% trên năm

Giai đoạn 2008-2012, ngành Giấy đối mặt với rất nhiều khó khăn bởi suythoái kinh tếthế giới, giấy tiêu thụ các loại giảm mạnh, thiếu vốn trầm trọng cho sảnxuất kinh doanh (SXKD) và các dự án đầu tư Nhiều đơn vị phải điều chỉnh sảnlượng sản xuất (có thời điểm chỉ sản xuất ở mức 50% công suất, chấp nhận điềuchỉnh giá) để CNVCLĐ có việc làm, duy trì sản xuất Hiện nay đóng góp của ngànhtrong tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn rất nhỏ Bên cạnh những lợi ích mà ngànhSản xuất Giấy và Bột giấy mang lại, thì ngành Sản xuất Giấy và Bột giấy cũng làmột ngành phát sinh nhiều nước thải với nhiều thành phần ô nhiễm khác nhau do sửdụng nhiều nước và hóa chất (hồ, phù, chất độn, và phụ gia) trong quá trình sảnxuất Nước thải với lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiểm cao có thể gây ảnhhưởng nghiêm trọng đến môi trường nếu như nước thải được xử lý phù hợp

Một điểm yếu của ngành giấy Việt Nam là quy mô rất nhỏ, phần lớn các nhàmáy có công suất dưới 5.000 tấn/năm Chỉ có 3 doanh nghiệp có công suất từ100.000 tấn năm là Công ty giấy Bãi Bằng, Công ty cổ phần Giấy Tân Mai và Công

ty TNHH giấy Chánh Dương Năng lực sản xuất giấy và bột giấy tập trung chủ yếu

ở Nam bộ và trung tâm Bắc Bộ (chiếm hơn 65% thị phần theo công suất)

2.1.2 Hiện trạng sản xuất giấy tại tỉnh Bình Dương.

Tính đến tháng 6/2013, tỉnh Bình Dương có khoảng 143 nhà máy sản xuấtgiấy và các sản phẩm giấy Các doanh nghiệp sản xuất trên địa bàn tỉnh BìnhDương phân bố rãi rác ở hầu hết các huyện nhưng tập trung chủ yếu ở xã Tân Định,huyện Bến Cát, các doanh nghiệp sản xuất giấy vàng mã tập trung ở huyện Phú

Giáo và Dầu Tiếng, riêng hai huyện Thuận An, Dĩ An có khoảng 5 nhà máy hìnhthành trước năm 1995, nằm xen kẽ trong các khu dân cư Trong số 24 nhà máy khảosát có 5 doanh nghiệp nằm trong KCN, ngoại trừ các nhà máy ở Thuận An và Dĩ

An, các doanh nghiệp khác đều ra đời sau năm 1999, phát triển ồ ạt nhất là từ 2003đến nay

Có 3 loại sản phẩm chính:

Giấy bìa carton: Bao gồm giấy bìa carton thường (bìa carton đen hay còn gọi

là giấy ruột) được sản xuất hoàn toàn từ giấy bìa carton đã sử dụng và giấy bìacarton 2 da (1 mặt da hay 2 mặt da) được làm bằng giấy bìa carton đã qua sử dụngthông thường và giấy bìa carton có chất lượng hay bột giấy chưa qua tẩy trắng (chophần da) hoặc giấy Duplex làm từ nguyên liệu giấy phế liệu trắng không in hoặc đã

in Định lượng của giấy bìa carton từ 125-220g/m2

Các nhà máy sản xuất bìa carton thường không sản xuất một loại giấy có địnhlượng xác định mà sản xuất theo yêu cầu của thị trường Trong dây chuyền, mộtngày có thể có đến 3-4 loại giấy có định lượng khác nhau Điều này dẫn đến cácthông số vận hành của quá trình xeo thay đổi liên tục, đây cũng là nguyên nhân gâyảnh hưởng nhiều đến lượng nước thải và bột giấy thất thoát ra môi trường bên ngoài

Giấy vệ sinh và các loại giấy viết, giấy photo: Sản phẩm giấy vệ sinh của các

nhà máy trên địa bàn chủ yếu là giấy trắng, đôi lúc do yêu cầu của thị trường thì cósản phẩm giấy vệ sinh màu, định lượng giấy vệ sinh ổn định hơn giấy bìa carton, daodộng trong khoảng 25-30g/m2 Tất cả các sản phẩm trên được sản xuất từ nguyênliệu giấy phế liệu là giấy viết hay giấy văn phòng, giấy rìa trắng, đồng thời được bổsung thêm một lượng bột giấy trắng nhất định Tỷ lệ bổ sung thường vào khoảng10% tùy thuộc chất lượng giấy nguyên liệu và giấy thành phẩm

Giấy vàng mã, bột giấy: Trước năm 2002, Bình Dương chỉ có 03 nhà máy sản

xuất giấy vàng mã từ nguyên liệu bã tre, bã mía; hiện nay số nhà máy loại này đãtăng lên 7 nhà máy với công suất sản xuất từ 4-15 tấn/ngày do thị trường xuất khẩusang Đài Loan đã mở rộng Ngoài ra trên địa bàn có một doanh nghiệp sản xuất bộtgiấy với công suất 4 tấn/ngày từ bột tre, rác tre (DNTN Đồng Xuân) Hầu hết cácdoanh nghiệp này đều nằm bên cạnh các con sông lớn (sông Bé, Sài Gòn), côngnghệ sản xuất cũ kỹ, lạc hậu vì sản phẩm giấy không đòi hỏi chất lượng cao và hầunhư không có các biện pháp quản lý môi trường trong doanh nghiệp

2.1.3 Quy trình công nghệ sản xuất giấy.

a Nguyên liệu sản xuất giấy.

Sản xuất giấy sử dụng 3 nguồn nguyên liệu chính: Nguyên liệu gỗ, các loạithực vật phi gỗ, giấy tái sinh, trong đó trên quy mô toàn toàn thế giới gỗ là nguyênliệu phổ biến nhất được sử dụng để làm giấy Hiện nay nguồn sợi giấy tái sinh lànguồn nguyên liệu quan trọng nhất cho ngành giấy ở các nước đang phát triển,chiếm khoảng 40% lượng cung cấp Ở Bình Dương, đa số các nhà máy giấy cũng sửdụng nguồn nguyên liệu này, tập trung ở các nhà máy sản xuất bao bì carton, riêngcác nhà máy sản xuất giấy cần chất lượng cao hơn như giấy vệ sinh cao cấp, giấyviết, giấy photo thì sử dụng phối trộn giữa giấy tái sinh và bột giấy thành phẩm.Một số nhà máy tập trung ở khu vực phía Bắc của tỉnh, nằm cạnh sông Bé với mặthàng giấy vàng mã xuất khẩu sang Đài Loan thì sử dụng nguyên liệu là bã tre, lồ ồ,mía Các nguồn nguyên liệu này được cung cấp chủ yếu thông qua con đường nhậpkhẩu (giấy phế liệu có chất lượng cao, bột giấy), một lượng nhỏ hơn được cung cấpbởi nguồn trong nước (bột giấy lồ ồ, tre nứa của Công ty giấy Tân Mai, Bãi Bằng và

do tự các công ty sản xuất; giấy tái sinh có chất lượng không cao)

Các loại nguyên liệu mọc nhanh và phụ phẩm nông nghiệp như: Đay, rơm rạ,

bã mía, phế liệu của một số ngành gỗ, mây tre Loại nguyên liệu này được sử dụngrộng rãi ở các xí nghiệp nhỏ để sản xuất các loại giấy bìa và cacton có chất lượngkhông cao làm bao bì Hiện nay các nguyên liệu loại này ngày càng ít được sử dụng

do đã có những loại nguyên liệu ưu thế hơn thay thế Tre nứa là loại nguyên liệu rấtphổ biến của các doanh nghiệp có quy mô dưới 10.000 tấn/năm, do những ưu thếnhư giá rẻ, tương đối dễ xử lý bằng công nghệ không cao, chất lượng sản phẩm phùhợp cho các loại bao bì, hòm hộp, giấy in, viết, giấy vàng mã Các loại gỗ bạchđàn, keo, mỡ, bồ đề, thông là nguyên liệu phổ biến của một số doanh nghiệp lớnthuộc nhóm 1 có công nghệ tương đối hiện đại như : Công ty Giấy Bãi Bằng, Công

ty Giấy Tân Mai, Công ty Giấy Việt Trì Các đơn vị này có dây chuyền công nghệtương đối hiện đại sản xuất bột tẩy trắng làm các loại giấy in, viết, giấy in báo

Giấy loại là nguyên liệu đang ngày càng chiếm tỷ trọng ưu thế trong thànhphần nguyên liệu của các doanh nghiệp Ở Việt Nam hiện nay các doanh nghiệp sảnxuất bao bì sử dụng chủ yếu là giấy loại từ hai nguồn: Thu mua trong nước và nhậpkhẩu Đây là nguyên liệu có giá rẻ, dễ sử dụng, thích hợp cho mọi doanh nghiệp Sửdụng giấy loại với giá thành sản xuất hạ và giảm được đầu tư phần nấu bột Điều rấtquan trọng là sử dụng giấy loại để sản xuất giấy có ý nghĩa trong việc phòng ngừa

và giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong sản xuất Bột giấy nguyên sinh là bột giấythương phẩm, chủ yếu được nhập khẩu và cũng là nguồn nguyên liệu không thể

thiếu được trong sản xuất giấy ở Việt Nam hiện nay với hai lý do: Nguồn bột sảnxuất trong nước cung không đủ cầu và một số sản phẩm giấy yêu cầu chất lượngcần phải sử dụng từ 10 - 100% bột nguyên sinh Ở Việt Nam hiện nay chỉ có haidoanh nghiệp có khả năng sản xuất bột giấy nguyên sinh đạt chất lượng thươngphẩm tương đương nhập khẩu là Công ty Giấy Bãi Bằng và Công ty Giấy Tân Mai Ngoài nguyên liệu chính, các nhà máy sản xuất giấy còn sử dụng thêm một

số phụ gia như các chất làm tăng độ cứng giấy và tăng độ bám, chất làm tăng độsáng, chất làm tăng độ dai, mịn cho sản phẩm… như vải, nhựa thông, phèn nhôm,chất độn, CaCO3, tinh bột… Các chất tẩy trắng được sử dụng chủ yếu là H2O2, Cl2,ozone cho các nhà máy sản xuất giấy vệ sinh, khăn giấy chất lượng cao, giấy viết

b Công nghệ sản xuất giấy.

Nguyên liệu thô được dùng trong sản xuất giấy và bột giấy ở Việt Nam gồmhai nguồn căn bản là từ rừng (tre và gỗ mềm) và giấy tái chế Bột giấy được dùng

để sản xuất những loại sản phẩm khác nhau như giấy viết, giấy bao bì, bìa các- tông,v.v là khác nhau Tuy nhiên có thể pha trộn bột giấy được tạo ra từ những nguyênliệu thô khác nhau để có được những đặc tính mong muốn cho thành phẩm

Chuẩn bị nguyên liệu thô:

Nguyên liệu thô được sử dụng là tre, các loại gỗ mềm khác, giấy phế liệuhoặc tái chế, v.v…Trường hợp là gỗ thì sau khi đã cân trọng lượng, gỗ xếpđống trong sân chứa và sau đó được mang đi cắt thành mảnh

Với loại tre mỏng thì dùng máy cắt mảnh 3 lưỡi, dày thì 6 lưỡi Kích cỡ củamảnh được tạo ra là từ 15-35 mm Các mảnh quá to và quá nhỏ sẽ được loại ra.Mảnh có kích cỡ thích hợp sẽ được chuyển đến khu vực sản xuất bột giấy để nấu.Khi sử dụng các nguyên liệu thô như giấy thải, thì giấy thải sẽ được sànglọc để tách các loại tạp chất như vải sợi, nhựa, giấy sáp hoặc giấy có cán phủ.Các tạp chất này sẽ được thải ra như chất thải rắn và phần nguyên liệu còn lại sẽđược chuyển đến công đoạn sản xuất bột giấy

Sản xuất bột:

Nấu

Gỗ thường gồm 50% xơ, 20-30% đường không chứa xơ, và 20-30% lignin.Lignin là một hợp chất hóa học liên kết các xơ với nhau Các xơ được tách rakhỏi lignin bằng cách nấu với hóa chất ở nhiệt độ và áp suất cao trong nồi nấu.Quá trình nấu được thực hiện theo mẻ với kiềm (NaOH) và hơi nước LượngNaOH được sử dụng khoảng 10-14% của nguyên liệu thô Sau nấu, các chất nằm

qua các sàng để tách mấu trước khi rửa.

Rửa

Trong quá trình rửa, bột từ tháp phóng và sàng mấu được rửa bằng nước.Dịch đen loãng từ bột được loại bỏ trong quá trình rửa và được chuyển đến quátrình thu hồi hóa chất Bột được tiếp tục rửa trong các bể rửa Quá trình rửa nàykéo dài khoảng 5-6 giờ

Sàng

Bột sau khi rửa thường có chứa tạp chất là cát và một số mảnh chưađược nấu Tạp chất này được loại bỏ bằng cách sàng và làm sạch li tâm Phầntạp chất tách loại từ quá trình sàng bột khi sản xuất giấy viết và giấy in sẽ đượctái chế làm giấy bao bì (không tẩy trắng) Phần tạp chất loại ra từ thiết bị làmsạch ly tâm thường bị thải bỏ Sau sàng, bột giấy thường có nồng độ 1% sẽ đượclàm đặc tới khoảng 4% để chuyển sang bước tiếp theo là tẩy trắng

Tẩy trắng

Công đoạn tẩy trắng được thực hiện nhằm đạt được độ sáng và độ trắngcho bột giấy Công đoạn này được thực hiện bằng cách sử dụng các hóa chất.Loại và lượng hóa chất sử dụng phụ thuộc vào loại sản phẩm

Để khử được lignin người ta dùng chlorine, hypochlorite, chlorine dioxide, oxygen hoặc ozone và đặc biệt là peroxide Một cách truyền thống, có thể nói rằng quy trình tẩy trắng bao gồm 03 giai đoạn chính:

- Giai đoạn clo hóa, oxy hóa trong môi trường axit để phân hủy phần lớnlignin còn sót lại trong bột

- Giai đoạn thủy phân kiềm sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng đượctách ra khỏi bột

- Giai đoạn tẩy oxy hóa để thay đổi cấu trúc các nhóm mang màu còn sót lại.Sau tẩy trắng, bột sẽ được rửa bằng nước sạch và nước trắng (thu hồi từmáy xeo)

Chuẩn bị phối liệu bột:

Bột giấy đã tẩy trắng sẽ được trộn với các loại bột khác từ giấy phế liệu hoặcbột nhập khẩu Sự pha trộn phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và loại giấy cầnsản xuất Hỗn hợp bột được trộn với chất phụ gia và chất độn trong bồn trộn.Thông thường, các hóa chất dùng để trộn là nhựa thông, phèn, bột đá, thuốcnhuộm (tùy chọn), chất tăng trắng quang học và chất kết dính, …, gồm các bướcsau:

- Trộn bột giấy và chất phụ gia để tạo ra dịch bột đồng nhất và liên tục.

- Nghiền đĩa để tạo ra được chất lượng mong muốn cho loại giấy cần sảnxuất

- Hồ (để cải thiện cảm giác và khả năng in cho giấy) và tạo màu (thêmpigments, chất màu và chất độn) để đạt được thông số chất lượng như mongmuốn

Xeo giấy:

Bột giấy đã trộn lại được làm sạch bằng phương pháp ly tâm để loại bỏ chấtphụ gia thừa và tạp chất, được cấp vào máy xeo thông qua hộp đầu Về táchnước và xeo giấy thì máy xeo có 3 bước phân biệt:

- Bước tách nước trọng lực và chân không (phần lưới)

- Bước tách nước cơ học (phần cuốn ép)

- Bước sấy bằng nhiệt (các máy sấy hơi gián tiếp)

Ở phần lưới của máy xeo, quá trình tách nước khỏi bột diễn ra do tác dụngcủa trọng lực và chân không Nước từ mắt lưới được thu vào hố thu bằng máy bơmcánh quạt và liên tục được tuần hoàn để pha loãng bột tại máy rửa ly tâm Ở một

số máy xeo, lưới được rửa liên tục bằng cách phun nước sạch Nước được thugom và xơ được thu hồi từ đó nhờ biện pháp tuyển nổi khí (DAF) Nước trong từquá trình tuyển nổi khí DAF, còn gọi là nước trắng, được tuần hoàn cho nhiềuđiểm tiêu thụ khác nhau Các nhà máy không có DAF thì sẽ hoặc thải bỏ nướcrửa lưới ra cống thải hoặc tuần hoàn một phần sử dụng cho quá trình rửa bột.Sau phần lưới là phần cắt biên để có được độ rộng như ý Phần biên cắt đicủa tấm bột giấy rơi xuống một hố dài dưới lưới và được tuần hoàn vào bểtrước máy xeo Ở cuối của phần lưới máy xeo, độ đồng đều của bột tăng đếnkhoảng 20% Người ta tiếp tục tách nước bằng cuộn ép để tăng độ đồng đều lênkhoảng 50% Cuối cùng, giấy được làm khô bằng máy sấy hơi gián tiếp đạtkhoảng 94% độ cứng và được cuốn thành từng cuộn thành phẩm

Nguyên liệu thô (tre, nứa, gỗ mềm…)

Hóa chất

Nước thảiThu hồi hóa chất

Nước thảiHóa chất

Nước

CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU

xử lý thì có thể ảnh hưởng tới nguồn tiếp nhận Các nguồn chất thải điển hình đượcthể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.1 Nguồn phát sinh chất thải điển hình từ nhà máy giấy.

Bộ phận Các nguồn điển hình

Sản xuất bột giấy

- Hơi ngưng khi phóng bột

- Dịch đen bị rò dỉ hoặc bị tràn

- Nước làm mát ở các thiết bị nghiền đĩa

- Rữa bột giấy chưa tẩy trắng

- Phân tách loại có chứa nhiều sơ, sạn và cát

- Phân lọc ra khi làm đặc bột giấy

- Nước rửa sau tẩy trắng có chứa chlorolignin

- Nước thải có chứa hypochlorite

Chuẩn bị phối liệu bột - Rò rỉ và tràn các hóa chất / phụ gia

- Nước xả đáy

- Nước ngưng tụ chưa được thu hồi

- Nước thải hoàn nguyên từ tháp làm mềm

- Nước làm mát máy nén khí

Thu hồi hóa chất

- Nước ngưng tụ từ máy hóa hơi

- Dịch loãng từ thiết bị rửa cặn

- Dịch loãng từ thiết bị rửa bùn

- Nước bẩn ngưng đọng

- Nước ngưng tụ từ thiết bị làm mát và từ hơi nước

(Nguồn: Tài liệu sản xuất sạch hơn nghành Sản xuất Giấy và Bột giấy, 2008)Phần lớn nước thải phát sinh là nước dùng trong quy trình tiếp xúc với nguyênliệu thô, với các sản phẩm, sản phẩm phụ và các chất dư thừa Quy trình sản xuất bộtgiấy bằng kiềm tiêu tốn khoảng 2 tấn gỗ cho mỗi tấn bột giấy sản xuất ra, nghĩa làkhoảng một nữa lượng nguyên liệu thô bị hòa trộn trong dung dịch nấu Các quytrình sản xuất bột giấy cho loại giấy viết và giấy in có sản lượng bột khoảng

45 – 50% Tải lượng BOD5 từ các quy trình này khoảng 300-600 kg đối với một tấnbột giấy khô, tương tự như BOD5 thì COD khoảng 1200-1600 kg đối với 1 tấn bộtgiấy khô Tại các nhà máy thì công đoạn tẩy trắng bột giấy là công đoạn gây nhiều ô

nhiễm nhất Nước thải từ công đoạn này chiếm 50-75% tổng lượng nước thải vàchiếm 80- 95% tổng lượng dòng thải ô nhiễm.

Sản xuất giấy là một quá trình vật lý, các chất phụ gia trong quá trình xeogiấy như các hợp chất hồ và phủ cũng là một trong những nguyên nhân gây ra ônhiễm So với quá trình làm bột giấy thì nước thải từ công đoạn sản xuất giấy cóphần cao hơn về hàm lượng chất rắn lơ lửng nhưng hàm lượng BOD lại ít hơn

Tổng lượng nước thải và giá trị tải lượng ô nhiễm cho một tấn giấy khô trướckhi xử lý của một số nhà máy giấy và bột giấy tại tỉnh Bình Dương được thể hiện ởbảng sau:

Bảng 2.2 Giá trị tải lượng ô nhiễm của nghành giấy.

(Kg/ngày)

d Công nghệ xử lý nước thải tại Công ty TNHH giấy lụa NewToyo.

Công ty TNHH giấy lụa NewToyo là công ty có hệ thống xử lý nước thảitương đối hoàn chỉnh Nhà máy sản xuất giấy lụa của công ty được xây dựng tạiKCN Việt Nam-Singapore với các sản phẩm chính là: Giấy cuộn và các sản phẩm

hoàn tất như giấy cuộn vệ sinh, khăn giấy lụa, khăn giấy hộp, khăn giấy lụa bỏ túi,

giấy ăn có chất lượng cao Công ty hoạt động với công suất sản xuất 20.000 tấn sản

phẩm/năm, với lưu lượng nước thải trung bình 3300m3/ngày Sau đây là quy trình

xử lý nước thải của Công ty NewToyo được mô tả theo sơ đồ

Nước tuần hoàn lại trong quy trình sản xuất

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Công ty NewToyo

Thuyết minh công nghệ xử lý:

Trước khi nước thải đi vào bể gom thì nước thải phải đi qua song chắn rác,

song chắn rác có nhiệm vụ loại bỏ rác có kích thước lớn ra khỏi nước thải Tiếp theo

nước thải được bơm từ bể gom qua bể keo tụ, tại bể keo tụ thì polymer cation được

bơm vào với mục đích là keo tụ các chất rắn và bột giấy còn lại ở dạng lơ lửng

trong nước thải Sau đó nước thải qua bể DAF (bể tuyển nổi), tại đây chất rắn lơ

lửng sẽ được loại bỏ ra khỏi nước thải và được chuyển đền bể nén bùn Sau đó bùn

được bơm đến máy ép bùn, trong quá trình vận chuyển bùn về máy ép bùn thì

polymer cation được bơm vào để tăng sự kết dính của bánh bùn sau khi ép, bánh

bùn sau đó được vận chuyển đi xử lý như chôn lấp hoặc sản xuất ethanol Nước thải

tiếp tục được chảy đến tháp lọc sinh học, trong quá trình lọc sinh học thì cũng phát

sinh ra một lượng bùn Bùn này được gọi là bùn thứ cấp, nó có thể sử dụng để sản

xuất phân compost Nước thải trong tháp lọc sinh học sẽ được loại bỏ BOD, COD,

N, P, nhờ quần thể vi sinh vật trong tháp lọc Sau đó nước thải sẽ được đưa tới bể

khử trùng để tiêu diệt các vi sinh vật trong nước thải và tiếp tục nước thải sẽ được

đưa ra nguồn tiếp nhận

2.2 Bùn thải giấy.

2.2.1 Khái niệm về bùn thải giấy.

Bùn thải giấy là một phế phẩm của ngành công nghiệp sản xuất giấy Nguồn

chính của bùn thải giấy là cặn của bể lắng và cặn từ tầng làm khô của trạm xử lý

nước thải Bên cạnh đó, cũng có một lượng lớn bột giấy từ quá trình xeo giấy được

thải ra và trộn lẫn với bùn của bể lắng Bùn thải giấy có thành phần glucan cao và

Bể DAF

Bể keo tụ

Bể gomSCR

Nước thải

Bể chứa nước tuần hoàn

Tháp lọc sinh họcNước thải

ra

Bể khử trùng

chuyển hóa sinh học thành các sản phẩm có giá trị mà không qua tiền xử lý Tuynhiên, hàm lượng tro trong bùn thải cao, có nguồn gốc từ các chất phụ gia vô cơtrong quá trình sản xuất giấy, gây trở ngại cho các quá trình chuyển hóa sau này.

Bùn thải giấy được phát sinh từ các chất thải rắn lơ lửng trong nước thải củaquá trình sản xuất giấy Các chất thải này được loại bỏ ra khỏi nguồn nước thôngqua hệ thống xử lý nước thải giấy tạo thành bùn thải giấy Bùn thải giấy bao gồm 2loại: Bùn thải sơ cấp và bùn thải thứ cấp

Bùn thải sơ cấp là bùn thải mà các chất lơ lững trong nước thải được loại bỏ

từ bể lắng sơ cấp, bể tuyển nổi (DAF) … Hàm lượng chất rắn trong bùn sơ cấp daođộng trong khoảng 2-7% chủ yếu là cellulose, hemicellulose và lignin và một phầnchất hữu cơ có trong nước thải

Bùn thải thứ cấp sinh ra từ các công trình xử lý nước thải bằng tác nhân sinhhọc như: Bể bùn hoạt tính, bể bùn hoạt tính có màng lọc, lọc sinh học và đĩa quaysinh học Bùn thứ cấp có chứa các vi sinh vật và các chất lắng chưa được loại bỏ bởicác công trình phía trước

Bùn thứ cấp từ các công trình bùn hoạt tính có hàm lượng chất cellulose,hemicelluloses, lignin trong khoảng 0,4-1,5% cellulose, hemiCellulose và lignin, từlọc sinh học nhỏ giọt trong khoảng 1-4%

Theo báo cáo của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bình Dương thì mỗi ngàykhoảng 250 – 300 tấn bùn thải giấy thải ra được xử lý bằng phương pháp chôn lấp,chưa có hướng tận dụng Bùn thải giấy chứa hàm lượng Cellulose cao là nguồnnguyên liệu tốt cho việc sản xuất Bioethanol và phân Compost trong tương lai ởViệt Nam Đáp ứng các nhu cầu của thời đại trong các vấn đề môi trường

Tại Hoa Kỳ có khoảng bốn triệu tấn bùn giấy được thải ra mỗi năm Bùn nàythường được tách nước và sau đó xử lý bằng cách chôn dưới lòng đất hoặc đem đốt.Theo một số nghiên cứu của trường đại học Shizuoka University tại Nhật Bảnthì thành phần chính của bùn thải giấy gồm có 65% là nước, 24,5% cellulose,10,5% là tro và các chất khác Hemicellulose chiếm rất ít và hầu như không cólignin

Tuy vậy, bùn giấy cũng là một dạng vật liệu lignocellulose bao gồm các thànhphần chính là: Cellulose, hemicellulose và lignin Các thành phần tronglignocellulose liên kết với nhau chặt chẽ tạo nên một cấu trúc hết sức vững chắc.Ngoài ra trong bùn giấy còn có một số chất trích ly như acid resin, acid béo, nhữnghợp chất turpenoid, cồn… với hàm lượng thấp

Về cơ bản trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được baobọc bởi những chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính nhưlignin Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trịvới nhau.

Hình 2.1 Cấu trúc của lignocellulose Hình 2.2 Mối quan hệ cellulose – hemicellulose - lignin trong cấu trúc

2.2.2 Bùn thải giấy tại Công ty TNHH New Toyo Pulppy.

Bùn thải giấy của Công ty TNHH New Toyo Pulppy phát sinh từ bể tuyển nổi (DAF) và tháp lọc sinh học

Trong bùn thải giấy bao gồm các thành phần các chất như: Cellulose,

Hemicellulose, Lignin, Chất trích ly, Tro, Chất điều hòa (polymer)

a Cellulose.

Là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết mắt xích β-D-Glucose, cócông thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n nằm trong khoảng

5000 – 14000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật Trong gỗ lákim, cellulose chiếm 41- 49%, trong gỗ lá rộng nó chiếm 43-52% thể tích

Hình 2.3 Cấu tạo hóa học của cellulose

b Hemicellulose.

Hemicellulose là một polysaccharide được hình thành không chỉ một loạiđường mà từ nhiều loại đường khác nhau, thậm chí cả từ axit urnoic của chúng.Người ta gọi tên cụ thể là hemicellulose là dựa theo tên loại đường chủ yếu tạo nên

nó Trong gỗ cây lá kim chủ yếu hemicellulose được tao nên từ loại đường chứa 6cacbon: Galactam, manan… Khác với cellulose, phân tử hemicellulose nhỏ hơnnhiều Thông thường không quá 150 gốc đường được nối với nhau không chỉ bằngliên kết 1,4 mà còn có liên kết 1,3 và 1,6 glucoside tạo ra mạch ngắn và phân nhánh

Vì độ polymer thấp, phân nhánh và hỗn hợp nhiều đường nên hemicellulosekhông có cấu trúc chặt chẽ như cellulose và độ bền hóa lý cũng thấp hơn Xylan làmột hemicellulose phổ biến nhất trong tự nhiên chiếm 30% khối lượng rơm, 20-25%cây gỗ lá rộng, 7-17% cây gỗ lá kim

Độ bền hóa học và bền nhiệt của hemicellulose thấp hơn so với cellulose vìchúng có độ kết tinh và trùng hợp thấp hơn So với cellulose, nó dễ bị thủy phânhơn rất nhiều lần trong môi trường kiềm hay acid do hemicellulose thường tồn tại ởdạng mạch nhánh với cấu trúc ngẫu nhiên, vô định hình, trái với cấu trúc kết tinh,không phân nhánh của cellulose, do đó dễ bị tấn công hơn

Hình 2.4 Cấu tạo hóa học các đơn phân của hemicellulose

Cấu tạo của hemicellulose phức tạp tùy theo dạng nguyên liệu, nhưng có một

số điểm chung:

 Cấu tạo gồm hai phần: Mạch chính gồm các  - D xylopyranose liên kếtvới nhau bằng liên kết -(1,4)-xylanase Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản,thông thường là disaccharide hoặc trisaccharide Sự liên kết của hemicellulose vớicác polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này

 Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với vị trí 2 hoặc 3

Hình 2.5 Cấu tạo hóa học của đại diện hemicellulose

c Lignin.

Còn gọi là lignen là thành phần phổ biến trong gỗ và là thành phần chiếm tỉ

lệ trung bình lớn thứ hai về khối lượng (sau cellulose) trong toàn bộ sinh khối thựcvật Các loại thực vật khác nhau có thành phần lignin khác nhau và thay đổi trongkhoảng ba phần tư trọng lượng khô

Lignin có cấu trúc không đồng nhất, chứa đựng các vùng vô định hình và cácvùng hình cầu hoặc dài Cấu trúc và thành phần hoá học của mỗi lignin được tạothành có mối tương quan mạnh mẽ với bản chất của chất kết dính polysaccharide.Mặc dù lignin kỵ nước, nhưng sự mô hình hoá phân tử đã cho thấy được nhómhydroxyl và methoxyl trong tiền chất lignin với vi sợi cellulose có tác động lẫnnhau Các vi sợi cellulose có thể giữ được một lượng nước đáng kể trong các vùngrỗng và vô định hình

Toàn bộ phân tử lignin là một cơ cấu phức tạp, ba chiều, chứa đựng hàng ngànđơn vị phenyl-propane, được tạo nên bởi sự polymer hoá không có hệ thống của cácC6-C3, dẫn tới sự vững chắc của thành tế bào thực vật, và gây khó khăn cho sự thuỷphân sau này

Cấu tạo hóa học: Lignin là một polymer gốc rượu được hình thành từ sự kếthợp của ba loại tiền chất: p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, và sinapyl alcohol.Khi liên kết lại với nhau trong phân tử lignin, ba đơn phân này sẽ có tên gọi tươngứng là p-hydrophenyl (H), guaiacyl (G) và syringyl (S) dựa trên sự khác nhau về sốnhánh methooxy trên vòng benzen Tuy nhiên, cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bịthay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp và trong dung dịch kiềm nóng, tanmột phần trong dung môi hữu cơ Ở nhiệt độ cao hơn 2000C, lignin bị kết khối thànhnhững phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose.

Hình 2.6 Cấu tạo của lignin

e Tro.

Bùn giấy là bã thải của ngành công nghiệp giấy với nguồn nguyên liệu chính là

gỗ Hàm lượng tro trong bùn thải giấy phụ thuộc vào nguyên liệu gỗ đầu vào Hàmlượng tro được đo bằng hàm lượng các chất vô cơ không phải là cacbon, hydro, oxi,nitơ hàm lượng này dao động trong khoảng 0,3-1,5% tùy vào môi trường tăngtrưởng và vị trí của cây Ngoài ra trong bùn thải giấy còn chứa hàm lượng các chất

vô cơ

f Chất điều hòa (polymer).

Thành phần polymer trong bùn thải giấy bắt nguồn từ quá trình keo tụ tạo bôngtrước khi được loại bỏ ra khỏi nước thải thông qua bể tuyển nổi và polymer đượcthêm vào trong quá trình ép bùn thải trong quá trình ép bùn thành bánh

Polymer sử dụng làm chất keo tụ trong quá trình xử lý nước bao gồm các phân

tử cationic, anionic trung tính tương ứng thu được từ các monome nhưdimetylaminoetyl metacrylat, acrylic axit và acrylicamit Do các loại polymer nàyhiệu quả và vật liệu bazơ phân ly nên hoạt động này không thể giải thích bằng cơchế đơn giản Điều này chứng tỏa cách tốt nhất khi sử dụng polymer mạch thẳngtương đối dài Nó bao quanh một số vật liệu phân tán mịn riêng lẻ, tự gắn chúng vớicác hạt ở các vị trí khác nhau bằng liên kết hóa học, lực hút tĩnh điện hoặc các lựchấp dẫn khác

Polyacrylamit hiện nay được sử dụng nhiều trong quá trình xử lý nước thải.Tại Công ty TNHH New Toyo Pulppy (Việt Nam) polyacrylamit được sử dụngtrong quá trình xử lí nước thải ngành giấy

Polyacrylamit tan được trong nước ở tất cả các nồng độ, nhiệt độ và giá trị pH.Các phần gel không tan đôi khi thu được do tạo thành các nhóm imit dọc theo mạchtrong dung dịch rất loãng, polyacrylamit tồn tại như keo không liên kết có thể cócấu trúc elipoxit hoặc hạt đậu Trong quá trình thủy phân trong polymer chứa mộtlượng nhỏ các nhóm kị nước Polyacrylamit dễ dàng tan trong nước lạnh nếu đunnóng dung dịch thì không có lợi lắm Polyacrylamit có khả năng hòa tan cao đối vớicác chất điện ly: Amoniclorua, natrinitrat, natriphotphataxit boric, axit photphoric

và axit sunfuric Dung dịch poly acrylamit trong nước chúng không bị các vi sinhvật tấn công nhưng nó lại là nhân tố góp phần cho sự phát triển của các loại nấm,mốc vì vậy khi bảo quản dung dịch Poly acrylamit cần phải thêm vào 100 đến1000ppm muối kiềm, điclorophen, natri pentaclorophenat hoặc các thuốc diệt nấm.Khả năng phản ứng của nhóm amit trong polyacrylamit đã đem lại rất nhiềuứng dụng Trong nhiều trường hợp dẫn xuất của polyacrylamit người ta đã tổng hợpmột nhóm polymer tương tự như vậy và kiểm tra chúng trong xử lý giấy, điều hòađất và sa lắng nước thải Polyacrylamit cũng có thể chuyển hóa thành một polymer

có chứa nhóm cacboxylat thông qua quá trình thủy phân nhóm amit Phản ứng nàyxảy ra trong môi trường kiềm Quá trình thủy phân có thể kiểm soát được dễ dàng

để thu được một polymer có hàm lượng natri cacboxylat cần thiết

Polyacrylamit thủy phân nhanh dưới điều kiện kiềm tại nhiệt độ thấp Ởkhoảng nhiệt độ cao hơn là điều kiện để thủy phân polyacrylamit dưới điều kiệntrung tính hoặc axit Cấu tạo của polyacrylamit thủy phân có thể khác nhau phụthuộc vào điều kiện sử dụng

CHƯƠNG III:

XỬ LÝ BÙN THẢI GIẤY BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM

PHÂN COMPOST

3.1 Tổng quan về sản xuất phân compost.

3.1.1 Khái niệm về phân compost.

Hiện nay có nhiều định nghĩa về quá trình sản xuất phân compost vàcompost Một định nghĩa thường được sử dụng là định nghĩa của Haug, 1993 TheoHaug, quá trình chế biến compost và compost được định nghĩa như sau:

Quá trình sản xuất phân compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn địnhcủa chất hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ thermorphilic Kết quả của quá trình phânhủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và

có ích trong việc ứng dụng cho cây trồng

Compost là sản phẩm của quá trình chế biến compost, đã được ổn định nhưhumus, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn trùng, có thể được lưu trữ

an toàn và có lợi cho sự phát triển của cây trồng

3.1.2 Các phản ứng hóa sinh trong quá trình ủ phân compost.

Quá trình phân hủy chất thải rắn diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn vàtạo nhiều sản phẩm trung gian Ví dụ, quá trình phân hủy protein: Protein peptidesamino axits hợp chất ammonium nguyên sinh chất của vi khuẩn và N2 hoặc NH3.Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rấtphức tạp, hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết Một cách tổng quát căn cứ trên sựbiến thiên nhiệt độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các phần sau:

- Pha tích nghi là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trườngmới

- Pha tăng trưởng đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinhhọc

- Pha ưa nhiệt là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn địnhchất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứng hóa sinh xảy ratrong ủ hiếu khí và phân hủy kị khí được đặc trưng bởi hai phương trình:

COHNS + O2 + VSV hiếu khí => CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượngCOHNS + VSV kỵ khí => CO2 + H2S + NH3 + CH4 + sản phẩm khác + năng

lượng

- Pha trưởng thành là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường.trong pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keomùn (quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khoáng(sắt, canxi, nitơ…) và cuối cùng thành mùn Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrathóa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxy hóa sinh họctạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat (NO3-):

2NH4+ + 3 O2 => 2NO2- + 4H+ + 2H2O

2NO2- + O2 => 2 NO3Kết hợp 2 phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:

-NH4+ +2O2 => NO3- + 2H+ + H20Mặt khác, trong mô tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưngcho quá trình tổng hợp:

NH4 + 4CO2 + HCO3- + H2O => C5H7NO2 + 5O2Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:

22NH4 + 37O2 + 4CO2 + HCO3- => 21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+Quá trình phân hủy hiếu khí CTR bao gồm ba giai đoạn chính sau:

- Giai đoạn nhiệt độ trung bình: Kéo dài trong một vài giây

- Giai đoạn nhiệt độ cao: Có thể kéo dài từ một vài ngày đến một vài tháng

- Giai đoạn làm mát và ổn định: Kéo dài vài tháng

Trong quá trình phân hủy hiếu khí, ứng với từng giai đoạn ủ khác nhau cácloài vi sinh vật ưu thế cũng khác nhau Quá trình phân hủy ban đầu các loài vi sinhchịu nhiệt trung bình chiếm ưu thế, chúng sẽ phân hủy nhanh chóng các hợp chất dễphân hủy sinh học Nhiệt độ trong quá trình này sẽ gia tăng nhanh chóng do nhiệt

mà các vi sinh vật tạo ra Khi nhiệt độ gia tăng trên 40oC, các vi sinh vật chịu nhiệttrung bình sẽ bị thay thế bởi các vi sinh vật hiếu nhiệt Khi nhiệt độ gia tăng đến

55oC và trên nữa, các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt Khi nhiệt độ gia tăng đến

65oC sẽ có rất nhiều loài vi sinh vật bị chết và nhiệt độ này cũng là giới hạn trên củaquá trình phân hủy hiếu khí

Riêng trong giai đoạn hiếu khí, nhiệt độ cao làm tăng quá trình phân hủyprotein, chất béo và các hydrocacbon phức hợp như xenlulo và hemixenlulo Saugiai đoạn này, nhiệt độ của quá trình ủ sẽ giảm từ từ và các vi sinh vật chịu nhiệttrung bình lại chiếm ưu thế trong giai đoạn cuối

3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất phân compost.

Vận tốc phân hủy chất hữu cơ trong quá trình ủ phân chịu ảnh hưởng bởinhiều yêu tố như: Nhiệt độ, pH, vi sinh vật, oxygen, chất hữu cơ, độ ẩm, tỷ lệ C/N

và cấu trúc chất thải

a Tỷ lệ C/N.

Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật:Trong đó cacbon và nitơ là cần thiết nhất, tỉ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quantrọng nhất Photpho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp Tiếp theo đó là nguyên tốlưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quantrọng trong trao đổi chất của tế bào

Khoảng 20% - 40%C của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiếtcho quá trình đồng hoá thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hoá thành CO2.Cacbon cung cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng

tế bào vi sinh vật Nitơ là thành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin,enzyme, cenzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào

Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1 Ở mức tỷ lệ thấp hơn,nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai Ở mức tỷ lệ cao hơn,

sự phân hủy xảy ra chậm

Tỷ lệ C/N của các chất thải khác nhau được trình bày trong bảng sau Trừphân ngựa và lá khoai tây, tỷ lệ C/N của tất cả các chất thải khác nhau đều phảiđược điều chỉnh để đạt giá trị tối ưu trước khi tiết hành làm phân

Mặc dù đạt tỷ lệ C/N khoảng 30:1 là mục tiêu tối ưu trong quá trình ủ phânrác, nhưng tỷ lệ này có thể được hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, trong

đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các thành phần có hàm lượng lignin cao.Trong thực thế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ lệ C/N tối ưu gặp phảikhó khăn vì những lý do sau:

- Một phần các cơ chất như cellulose và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ

bị phân hủy sau một khoảng thời gian dài

- Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không sẵn có

- Quá trình cố định nitơ có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩnAzotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO43-

- Phân tích hàm lượng cacbon khó đạt kết quả chính xác

Phần trăm của cacbon (% C) trong phương trình này là lượng vật liệu còn lạisau khi nung ở nhiệt độ 5500C trong 1 giờ Do đó, một số chất thải chứa phần lớnnhựa (là thành phần bị phân hủy ở 5500C) sẽ có giá trị %C cao, nhưng đa phầnkhông có khả năng phân hủy sinh học

Nếu tỷ lệ C/N của CTR làm phân cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự pháttriển của vi sinh vật do thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hoá, oxyhoá phân cacbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó, thời gian cần thiếtcho quá trình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn Theonghiên cứu cho thấy, nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trìnhlàm phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 – 50, thời gian cầnthiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày

b Oxy

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân rác.Khi vi sinh vật oxy hóa carbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2được sinh ra Khi không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi

hôi như mùi trứng gà thối của khí H2S.

Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5% Nồng độoxy lớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân rác hiếu khí

Tổng lượng khí cần cung cấp và lưu lượng dòng khí là các thông số thiết kếquan trọng đối với hệ thống ủ trong thùng kín Nhu cầu oxy thay đổi theo tiến trình

ủ gián đoạn, do đó cần xác định nhu cầu oxy tối đa để chọn máy thổi khí và thiết kế

hệ thống ống phân phối khí phù hợp

c Dinh dưỡng

Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như: Ca, Fe, Bo, Cu, làcần thiết cho sự chuyển hóa của vi sinh vật Thông thường, các chất dinh dưỡng nàykhông có giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồnnguyên liệu cho quá trình ủ phân rác

và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân rác Nếu

hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 vàgây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật

e Vi sinh vật

Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vậtkhác nhau Vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm:Actinomycetes và vi khuẩn Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, cóthể bổ sung thêm vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ranhanh và hiệu quả hơn

f Chất hữu cơ

Vận tốc phân hủy dao động tuỳ theo thành phần, kích thước, tính chất của chấthữu cơ Chất hữu cơ hoà tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hoà tan Lignin

và ligno – cellulosics là những chất phân hủy rất chậm

Bảng 3.2 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí.

Thông số Giá trị

1 Kích thước Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước CTR khoảng 25

2 Tỉ lệ C/N Tỉ lệ C:N tối ưu dao động trong khoảng 25 - 50.

Ở tỉ lệ thấp hơn, dư NH3, hoạt tính sinh học giảm

Ở tỉ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế

3 Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn

4 Độ ẩm Nên kiểm soát trong phạm vi 50 – 60% trong suốt quá trình ủ

Tối ưu là 55%

5 Đảo trộn Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và sự tạo thành

các rảnh khí, trong quá trình làm phân hữu cơ, CTR phải đượcxáo trộn định kỳ Tần suất đảo trộn phụ thuộc vào quá trìnhthực hiện

6 Nhiệt độ Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng 50 – 550C đối với một

vài ngày đầu và 55 – 600C trong những ngày sau đó Trên 660C,hoạt tính vi sinh vật giảm đáng kể

9 pH Tối ưu: 7 – 7,5 Để hạn chế sự bay hơi Nitơ dưới dạng NH3, pH

không được vượt quá 8,5

3.1.4 Những lợi ích và hạn chế của quá trình ủ phân compost.

a Lợi ích của quá trình ủ phân compost.

Ổn định chất thải: Các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình làm phân hữu

cơ sẽ chuyển hóa chất hữu cơ dễ thối rữa sang dạng ổn định, chủ yếu là các chất vô

cơ ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất và nước

Làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh: Nhiệt độ của chất thải gây ra từquá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 60oC, đủ để làm mất hoạt tính của visinh vật gây bệnh, virut và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhấtmột ngày Các sản phẩm của quá trình làm phân hữu cơ có thể thải bỏ an toàn trênđất hoặc sử dụng bổ sung dinh dưỡng cho đất

Chuyển hóa dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trongchất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trình làm

phân hữu cơ, các chất nảy được chuyển hóa thành các chất vô cơ như: NO3-, PO3thích hợp cho cây trồng Sử dụng phân hữu cơ làm giảm sự thất thoát dinh dưỡng

-do rò rỉ vì các chất dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan Thêmvào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn

Làm khô bùn: Phân người, động vật và bùn chứa khoảng 80-95% nước, dẫnđến chi phí thu gom, vận chuyển và thải bỏ cao Làm khô bùn trong quá trình ủphân là phương pháp lợi dụng nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinhhọc làm bay hơi nước chứa trong bùn

Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấpthụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suấtcây trồng mà còn giảm thiểu bệnh trên cây trồng Ứng dụng phân hữu cơ trồng câysầu riêng do Trung tâm nghiên cứu cây ăn quả miền nam Đông Nam Bộ thực hiệncho thấy chỉ số bệnh Phytophthora trên cây sầu riêng giảm đáng kể sau 2-3 năm bónphân hữu cơ là một ví dụ diển hình

b Hạn chế của quá trình ủ phân compost.

Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân hữu cơ không thỏa mãn yêu cầu Đặctính của chất hữu cơ có thể thay đổi theo thời gian, khí hậu và phương pháp thựchiện nên tính chất của sản phẩm cũng khác nhau Do sự phân bố nhiệt độ trongđống ủ phân phối không đồng đều ảnh hưởng tới khả năng làm giảm mất hoạt tínhcủa vi sinh vật gây bệnh trong phân

Quá trình ủ thường tạo mùi hôi, gây mất mỹ quan… Hầu hết nông dân vẫnthích sử dụng phân hóa học vì không quá đắt tiền, dễ sử dụng và tăng năng suất câytrồng một cách rõ ràng Chính vì thế cần phải phổ biến những lợi ích thiết thực từphân hữu cho người sử dụng hiểu rõ về những ưu và nhược điểm của loại phân này

3.2 Những hệ thống của sản xuất compost.

Những hệ thống sản xuất compost hiện đang được ưa thích sử dụng có thể phânthành hai loại rõ ràng, là: “windrow” (đánh luống) và “in-vessel” (trong thùng haykênh mương)

3.2.1 Hệ thống sản xuất dạng “windrow”.

Hệ thống sản xuất compost dạng “windrow” có thể được cơ giới hoá cao vàthậm chí phần nào đó như một quy trình tự động Hiện nay, trong thực tế, có hai

và hệ thống có đảo trộn Như phần trước có trình bày, cách làm thoáng khí chính làđiểm khác nhau cơ bản giữa kiểu tĩnh và kiểu có đảo trộn Trong đó, đối với kiểutĩnh, 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 đống

trở lại.

Một quá trình sản xuất compost dạng “windrow” gồm các bước cơ bản sau: Đầu tiên là trộn lẫn vật liệu có hàm lượng chất xơ cao kích thích hoạt độngphân hủy vào chất thải rắn nếu cần thiết Sau đó đánh luống và bố trí phương pháplàm thoáng khí và tiến hành quá trình ủ compost Sau đó sàng lọc hỗn hợp sản phẩmcompost để loại bỏ những vật liệu có hàm lượng chất xơ cao có thể tái sử dụng vàhoặc để tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

Xử lý sản phẩm compost là phần sản phẩm compost tập trung lại thành đốngtrong một khoảng thời gian nhất định, đây là một phần của quá trình làm cho sảnphẩm compost hoàn toàn ổn định trong toàn bộ quá trình sản xuất compost Cuốicùng là lưu trữ

a Sản xuất phân compost làm thoáng khí thụ động.

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 chuyểnđộng cơ bản để đưa không khí bên ngoài xâm nhập vào trong luống ủ compost vàthay thế CO2 là sự đối lưu Về mặt lý thuyết, khí đi vào luống ủ không cần có sự canthiệp của máy móc Sự đối lưu xuất hiện do chênh lệch nhiệt độ giữa bên trongluống ủ compost và lớp không khí bên ngoài, do chênh lệch nồng độ oxy và dodòng không khí thổi ngang qua luống ủ

Trong một vài trường hợp, để đẩy 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

ủ compost 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 hợp được quan sát, là chất hữu cơ trong rác thải và phân bắc) ởdạng hỗn hợp Hỗn hợp này được dồn thành đống có chiều cao khoảng chừng15-20cm Sau đó, 4 cây gỗ có đường kính khoảng từ 6-8cm được đặt nằm ngangtrên hỗn hợp theo hình “3.1” Khoảng cách giữa những cây gỗ khoảng 1m Tạinhững điểm chúng 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 1m.Tiếp theo toàn bộ luống 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 vàkhoảng 4 tuần trong mùa đông sẽ hoàn thành

Hình 3.1: Phương pháp làm thoáng khí tự động ở trung quốc.

Những người thiết kế hệ thống đã cho rằng hệ thống này có nhiều ưu điểm,bao gồm:

- Đạt được nhiệt độ cao trong đống ủ compost

- Đạt được sự phân phối nhiệt độ khá đồng đều

- Sự phát thải mùi ít nhất

Đáng tiếc, hiệu quả của những thiết kế như vậy và sự đối lưu trong hệ thống

để đảm 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 không đủ

b Sản xuất phân compost làm thoáng khí cưỡng bức.

Tên gọi “làm thoáng khí cưỡng bức” đã thể hiện phương 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 hợp Cácthiết bị xử lý mùi khác có thể kết hợp sử dụng công nghệ xử lý khí thoát ra từ quátrình đốt cháy 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 hợp lý không kể những gián đoạn ngắn định kỳ do quátrình làm thoáng (độ ẩm an toàn là trong phạm vi 40-55%) Bởi vì tốc độ cầnthổi/hút khí phụ thuộc vào một số nhân tố thay đổi nên muốn xác định tốc độ thực

sự cần thổi/hút khí trong trường hợp cụ thể nên tiến hành thí nghiệm

Hình 3.2: Hình ảnh luống ủ được làm thoáng kiểu tĩnh.

Để đáp ứng nhu cầu oxy, tần suất đảo trộn tùy thuộc vào thể tích lỗ xốp cótrong đống ủ compost Thể tích lỗ xốp có trong đống ủ phụ thuộc vào độ xốp và độ

ẩm của đống ủ compost Thể tích lỗ xốp nói chung lại phụ thuộc vào sự bền vữngtrong liên kết giữa các hạt trong luống ủ và khả năng giữ nguyên vẹn lỗ xốp Do đó,vật liệu càng khô, liên kết giữa các hạt càng bền chắc, thì số lần đảo trộn cần càngít

Yếu tố có khả năng làm thay đổi tần suất đảo trộn là tốc độ phân hủy đượcngười vận hành yêu cầu, vì sự thông khí làm ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy Nếunhư không có sự ảnh hưởng của các yếu tố khác, tốc độ phân hủy tăng khi độ thôngkhí tăng cao, và độ thông khí tăng cao mãnh liệt khi tần suất đảo trộn tăng

Kinh nghiệm thực tế cho thấy tốc độ của quá trình ủ compost có thể nhanh hơnnếu đạt được 2 tổ hợp điều kiện như sau:

- Thứ nhất là sử dụng cơ chất:

 Cung cấp đủ chất dinh dưỡng cho vi khuẩn hoạt động

 Có vật liệu có hàm lượng chất xơ cao, chẳng hạn như cỏ khô, lá khô, dămbào, mùn cưa, hay giấy

 Độ ẩm khoảng 60%

- Thứ hai là quy hoạch đảo trộn sao cho: Lần đảo trộn đầu tiên bắt đầu vàongày thứ 3 kể từ khi xây dựng xong đống ủ compost, sau đó thực hiện tiếp bốn lầnđảo trộn giống như vậy Nghĩa là, mỗi ngày một lần

Sau lần đảo trộn thứ tư, chỉ cần 4 ngày đảo trộn một lần hoặc 5 ngày đảo trộnmột lần Hai tổ hợp điều kiện vừa nêu thường không ứng dụng được cho sản xuấtcompost từ bùn thải Khi tần suất đảo trộn nhiều, ví dụ: Mỗi ngày 1 lần, thường cóthể làm giảm bớt sự phát thải mùi thối rửa, bởi vì những mùi như vậy là dấu hiệucủa quá trình phân hủy kỵ khí Chế độ đảo trộn mỗi ngày một lần cũng có thể giúp

độ ẩm thừa trong luống ủ compost giảm nhanh hơn

Những thuận lợi:

- Dễ kiểm soát khi vận hành hệ thống, đặc biệt là kiểm soát nhiệt độ và nồng

độ oxy trong luống ủ

- Giảm mùi hôi và mầm bệnh

- Thời gian ủ ngắn (3-6 ngày)

Vì sử dụng thổi khí cưỡng bức nên luống phân có thể cao và rộng hơn so vớithổi khí thụ động, do đó nhu cầu sử dụng đất thấp hơn, có thể vận hành ngoài trời

Những hạn chế:

Ngoài những hạn chế về kinh tế - chính trị - xã hội, hạn chế cơ bản của sảnxuất compost dạng luống bắt nguồn từ vấn đề sức khoẻ cộng đồng hoặc là liên quanđến môi trường Nếu có phân người hoặc có những động vật truyền nhiễm còn lạitrong cơ chất của quá trình sản xuất compost thì có khả năng sức khỏe cộng đồng sẽ

bị ảnh hưởng nghiêm trọng, tùy thuộc vào mức độ đạt đến và duy trì nhiệt độ đủ gâychết mầm bệnh

Vấn đề là nhiệt độ đủ gây chết mầm bệnh thường không lan tỏa hết khắp toàn

bộ luống ủ; điều chắc chắn xảy ra đối với lớp ngoài cùng Thêm một vấn đề nữa là

sự tái nhiễm của vật liệu đã tiệt trùng, do quá trình đảo trộn, chúng có khả năng bịnhiễm bẩn trở lại bởi vật liệu chưa tiệt trùng Tuy nhiên, sự tái nhiễm như vậy cóthể được khắc phục bằng cách tăng tần suất đảo trộn

Sự phát thải mùi gần như không tránh được – bất chấp hệ thống ngăn ngừachúng là: Nguyên nhân gây ảnh hưởng môi trường nghiêm trọng Hạn chế này vànhững biện pháp đề nghị để khắc phục nó được thảo luận ở trong phần khác Tuynhiên, cần nhấn mạnh rằng đặc điểm của hầu hết những hệ thống xử lý sơ bộ và xử

lý chất thải đô thị là đều có mùi khó chịu

Thời gian ủ compost khá dài và yêu cầu diện tích lớn hơn đi kèm được hiểu làmột hạn chế của quá trình sản xuất compost dạng luống Hạn chế này không nhấtthiết là bất lợi bởi vì, như đã giải thích từ sớm, quá trình sản xuất compost nhanhchỉ là ưu điểm khi diện tích đất cần bị giới hạn hoặc là khi sản xuất compost dạngtrong thùng hay kênh mương Và trong trường hợp sau, nếu giảm được chi phí chodiện tích đất yêu cầu thì cũng cần 1 chi phí tương đương hoặc hơn cho buồng ủcompost (“reactor”) trong hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương

3.2.2 Sản xuất compost trong thùng hay kênh mương (“in-vessel reactors”).

Mục tiêu tiến hành sản xuất compost trong thùng hay kênh mương là để tăngtốc quá trình ủ compost thông qua việc duy trì những điều kiện tốt nhất cho vi sinhvật hoạt động Qua đó giảm thiểu hoặc loại bỏ những tác động có hại lên môitrường xung quanh

Hệ thống làm thoáng khí khi thiết kế thường yêu cầu một hay vài cách cơ bảnsau: Làm thoáng khí cưỡng bức (thổi khí), khuấy trộn và đảo trộn Ở hầu hết hệthống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương, thổi khi được sử dụng tới mộtmức độ nhất định nào đó Khuấy trộn là dùng lưỡi cày xới lên hay dùng mũi khoanxoáy theo một đường tròn xuyên qua đống ủ compost

Đảo trộn là đổ vật liệu sản xuất compost từ một vị trí xuống vị trí khác thấphơn (từ băng chuyền này sang băng chuyền khác, từ sàn này qua sàn khác) Một cơchế đảo trộn khác là sử dụng trống quay nằm ngang, bên trong có cánh quạt cũngđược đặt theo phương ngang.

Hệ thống này kết hợp giữa thổi khí và đảo trộn Nó sử dụng một con kênhhoặc thiết bị phản ứng hở, đặt nằm ngang khá dài Đáy kênh hay đáy thiết bị đượcđục lỗ phía dưới và thiết bị được trang bị một máy đảo trộn di động để đảo trộn vậtliệu Bên cạnh hiệu quả hoạt động của máy đảo trộn vật liệu, khối compost cònđược thông khí nhờ được thổi khí thông qua những lỗ nhỏ dưới đáy máng

Thông thường nếu điều chỉnh tần suất di chuyển (hoạt động) của thiết bị đảotrộn một cách thích hợp thì người ta có thể không cần thổi khí mà vẫn không làmảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Tuy nhiên, đôi khi người ta vẫn sử dụngbiện pháp thổi khí nếu muốn kiểm soát nhiệt độ

Ưu điểm:

- Ít nhạy cảm với điều kiện thời tiết

- Khả năng kiểm soát quá trình ủ và kiểm soát mùi tốt hơn

- Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời

- Nhu cầu diện ích nhỏ hơn so với các phương pháp khác

- Chất lượng phân tốt hơn

Nhược điểm:

- Vốn đầu tư cao

- Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao

- Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao

- Công nhân vận hành đòi hỏi trình độ cao

3.2.3 Mô hình sản xuất compost điển hình ở Việt Nam.

Ở Việt Nam, phân compost cố định đạm cho cây họ đậu nitragin, phâncompost phân giải lân phosphobacterin đã được nghiên cứu từ năm 1960 Nhưng tớinăm 1987 trong chương trình 52D - 01- 03 thì quy trình sản xuất Nitragin trên nềnchất mang than bùn mới hoàn thiện

Từ năm 1991, 10 đơn vị trong toàn quốc đã nghiên cứu phân compost cố địnhđạm Ngoài nitragin cho cây họ đậu đỗ còn có mở rộng cho cây lúa và các cây họđậu khác Hai đơn vị dẫn đầu trong công tác nghiên cứu và ứng dụng phân compostlà: Viện Công nghệ Sinh học (Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia)

Nông thôn) Hiện nay có nhiều tổ chức và cá nhân đã thành công trong việc nghiêncứu sản xuất phân compost trên những nền chất mang khác nhau và ứng dụng trênnhiều cây công nghiệp, nông nghiệp như: PGS – TS Đỗ Châu Thu, TS Nguyễn ÍchTâm cùng cộng sự của trung tâm Nghiên cứu và phát triển Nông nghiệp Bền vữngthuộc trường Đại học Nông nghiệp I đã hợp tác với khoa Sinh học và kinh tế Nôngnghiệp thuộc Đại học Udine (Italia) tiến hành đề tài: “Sản xuất phân compost từ rácthải hữu cơ sinh hoạt và phế thải nông nghiệp dùng làm phân bón cho 3 loại rausạch ở ngoại ô thành phố như: Rau ăn lá (cải bắp), rau ăn củ (củ cải), rau ăn quả (càchua)’’.

Các cán bộ trung tâm nghiên cứu phát triển cộng đồng Nông thôn đã sản xuấtthành công loại phân compost đa chuẩn loại quy mô hộ gia đình trên nền nguyênliệu chủ yếu là rác thải, phế phẩm nông nghiệp, phân gia súc , bèo tây, hay thân câyngô Phan Thị Thanh Hoài, Đặng Ngọc Huệ, Nguyễn Nữ Quỳnh Giang, Ngô NữQuỳnh Như, và Nguyễn Bá Dũng (ĐH Tây Nguyên) đã thành công trong việc sảnxuất phân compost từ vỏ cà phê và cũng đã được ứng dụng cho một số loại câynhư: Chè, cà phê, lúa, ngô, cây ăn quả Nông dân đều nhận xét loại phân này làmcho cây phát triển tốt, đỡ sâu bệnh, đất tơi xốp và thấy tác dụng của phân bền lâuhơn so với phân hóa học, năng suất tăng rõ rệt

Hiện nay, trung bình mỗi ngày, TP HCM thải ra khoảng 6.400 tấn rác sinhhoạt Trong đó, rác có nguồn gốc từ thực phẩm có thể tái chế thành những loại phânbón hoặc được đốt để tạo ra khí gas làm nhiên liệu phát điện chiếm tỷ lệ80% - 90% Tuy nhiên, đến nay, 100% lượng rác thải sinh hoạt của thànhphố (khoảng 6200 tấn/ngày) chỉ được xử lý bắng biện pháp chôn lấp ở hai bãi rácchính là bãi Đa Phước (huyện Bình Chánh) và bãi Phước Hiệp (huyện Củ Chi) vừatốn kém kinh phí thu gom, vận chuyển và xử lý (khoảng trên 600 tỷ đồng/năm) màcòn tốn một diện tích đất khá lớn để chôn lấp

Theo Sở Tài nguyên - Môi trường, việc phân loại rác tại nguồn thành công sẽgiúp thành phố tiết kiệm được khoảng một tỷ đồng mỗi ngày Chính vì thế nên đã

có một số nhà máy khẩn trương hoàn thành và đi vào hoạt động ngay trong năm

2010 như: Nhà máy chế biến phân compost công suất 500 tấn một ngày của công ty

xử lý chất thải rắn Việt Nam, nhà máy chế biến phân compost của Công ty Vietstar

có công suất giai đoạn 1 là 600 tấn một ngày đã vận hành thử và đi vào hoạt động

ổn định năm 2010 Ngoài ra, nhiều nhà máy xứ lý rác khác đang được khẩn trươngxây dựng và sẽ đi vào hoạt động trong những năm kế tiếp…

Ở miền Bắc Việt Nam hiện nay có nhà máy sản xuất phân hữu cơ Cầu Diễn

Hà Nội được tài trợ dây chuyền sản xuất của Tây Ban Nha có công nghệcomposting từ rác thải sinh hoạt hỗn hợp

Sơ đồ 3.1 Công nghệ sản xuất phân compost tại nhà máy Cầu Diễn

Nhà máy Cầu Diễn sử dụng nguồn nguyên liệu từ chất thải đô thị Chất thảirắn được vận chuyển lên cân điện tử để xác định khối lượng, sau đó được đổ vào bãihoặc nhà tập kết chất thải rắn Sau đó chất thải rắn được phun chế phẩm vi sinh EM

để khử mùi hôi và chống ruồi, muỗi Tiếp đó chất thải rắn được đưa vào phểu nạpnguyên liệu của dây chuyền phân loại bằng tay với mục đích là loại bỏ các vật chấtkhó phân hủy như: Vỏ xe, cành cây, xà bần, kim loại, thủy tinh, nhựa… CTR saukhi được phân loại được đưa qua máy phân loại sắt từ để thu hồi kim loại rồi tiếptục được đưa vào nhà đảo trộn Tại đây, chế phẩm EM và nước rỉ rác được trộnthêm vào rác để tạo độ ẩm tối ưu cho quá trình phân hủy chất hữu cơ cũng như hạnchế mùi hôi và côn trùng Sau đó CTR được đánh thành từng đống cao 2,5-3m trongcác bể ủ hiếu khí Sau khi ủ hiếu khí 21-25 ngày, CTR được đem sang nhà ủ chínhoàn toàn Tiếp theo CTR được dỡ ra đem đi nghiền, sàng để tách phần phế thải vàcompost Phần phế thải được đem đi tái sử dụng hoặc đem đến bãi chôn lấp Phâncompost có thể được trộn thêm một số loại men vi sinh vật, phân NPK để tăng chấtlượng phân compost thành phẩm

3.3 Xử lý bùn thải bằng phương pháp ủ phân compost.

3.3.1 Tách kim loại nặng từ bùn thải.

Trước năm 2008 thì bùn thải giấy nằm trong danh mục là chất thải nguy hại vì

Ủ chínNghiền + sàng

Tái chế/chôn lấp

Trộn men vi sinh, phân MPKThu hồi kim loại

đã loại bỏ bùn thải giấy là bùn thải nguy hại Nhưng với điều kiện là chính doanhnghiệp sản xuất phải chứng minh được bùn thải tại doanh nghiêp mình không nằmtrong doanh mục chất thải nguy hại.

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, các kim loại nặng không nằm ở bêntrong tế bào vi sinh vật mà nằm ở trên bề mặt của tế bào do kết quả của quá trìnhhấp phụ sinh học Vì vậy các kim loại nặng có thể loại bỏ bằng các axit

Từ những năm 1975 người ta đã sử dụng axit sunfuric để xử lý kim loại nặngtrong bùn, nhưng có nhược điểm là phải dùng axit nóng Một số axit và bazơ kháccũng đã được sử dụng thử Tuy nhiên tất cả những phương pháp nêu trên vẫn chưaloại bỏ hết các kim loại nặng độc hại Dùng axit clohyđric thì tỷ lệ kim loại nặng bịloại là 50%, nếu dùng axit clohyđric có thêm hyđro peroxit thì tỉ lệ đó là 80% Axitclohyđric là loại axit vô cơ loại bỏ kim loại nặng có hiệu quả nhất, nhưng tỉ lệ loại

bỏ các kim loại như đồng, crom, thủy ngân và cađimi là khá thấp

Trong bùn có chứa các polymer sinh học như polysaccarit và glycoprotein cótính chất đệm làm thay đổi pH của axit vô cơ Do đó loại bỏ kim loại nặng bằng axit

vô cơ là khó khăn

Qua nghiên cứu, các nhà khoa học thuộc trường Đại học Tokushima Nhật Bản

đã phát hiện ra rằng axit photphoric có thể loại bỏ kim loại với tỉ lệ cao Họ lấybánh lọc của các mẫu bùn thí nghiệm (chứa 75 - 78% nước) khuấy với dung dịchaxit photphoric có thêm hyđro peroxit trong một giờ, sau đó lọc lại và rửa sạch bùn.Các kim loại nặng hòa tan và ở lại trong nước lọc và nước rửa Nếu chỉ dùng axitphotphoric thì tỉ lệ loại bỏ kim loại đồng rất thấp, dưới 10% Nếu dùng thêm hyđroperoxit (40% H3PO4 - 2% H2O2) thì tỉ lệ loại bỏ cao, lên tới 92%; tỉ lệ này đối với

As là 91%, Cd - 96%, Cr - 92%, Fe - 50%, Hg - 89%, Pb - 100% Trong quá trình

xử lý, axit photphoric khi có mặt H2O2 có nhiệm vụ oxy hóa, kéo các kim loại rakhỏi các polyme sinh học và tạo liên kết với chúng do bản thân axit photphoric làmột thành phần của axit nucleic

Phương pháp xử lý nói trên có tính thực tế cao: Axit photphoric có thể dùnglại vì nó là một axit yếu nên các kim loại nặng trong dung dịch axit dễ dàng đượctách ra bằng phương pháp trao đổi ion Bên cạnh đó axit photphoric ít bay hơi, antoàn đối với người lao động và không ảnh hưởng tới con người và môi trường ngay

cả khi vẫn còn lại trong bùn

3.3.2 Loại bỏ polymer.