Nghiên cứu sản xuất phân compost

Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, ngành nông nghiệp cũng đã có những thay đổi rất đáng kể. Nhiều máy móc tiên tiến, công nghệ trồng trọt, giống mới…ra đời, đã đáp ứng kịp với những nhu cầu ngày càng cao. Việt Nam là nước nông nghiệp nên phân bón và giống có thể xem là 2 yếu tố có tính quyết định đến năng suất và chất lượng. Nhiều nơi, do sử dụng quá mức cần thiết các loại phân bón và thuốc trừ sâu hoá học làm cho đất canh tác bị bạc màu đi rất nhanh chóng. Ngoài ra, những ảnh hưởng của phát triển Nông Nghiệp theo hướng CNHHĐH cũng góp phần làm cho diện tích đất nông nghiệp ngày một giảm đi, trong khi đó dân số tiếp tục tăng lên, nhu cầu về nhà ở ngày càng nhiều, nếu chúng ta không có quy hoạch và quản lý tốt thì diện tích đất màu mỡ sẽ mất đi nhanh chóng. Mặt khác, mưa nhiều và tập trung làm cho đất trở nên xói mòn, rửa trôi khá nhanh, đất dễ bị suy thoái, cạn kiệt dinh dưỡng. Bên cạnh đó, việc khai thác và sử dụng quá mức cũng như chế độ canh tác không hợp lý cũng dẫn đến tình trạng sa mạc hóa. Do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển cao đòi hỏi con người sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để tăng năng suất sản lượng sản phẩm. Những hoạt động nhằm mục đích kinh tế này cũng là nguyên nhân cơ bản làm ô nhiễm môi trường. Mặt khác, ngành nông nghiệp ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng phân bón hóa học, vì thế dư lượng các chất hóa học trong các loại phân này gây ô nhiễm môi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng nhiều đến sinh vật cũng như con người.

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN 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 máy móc tiên tiến, công nghệ trồng trọt, giống mới…ra đời, đã đáp ứng kịp với những nhu cầu ngày càng cao Việt Nam là nước nông nghiệp nên phân bón và giống có thể xem là 2 yếu tố có tính quyết định đến năng suất và chất lượng Nhiều nơi, do sử dụng quá mức cần thiết các loại phân bón và thuốc trừ sâu hoá học làm cho đất canh tác bị bạc màu đi rất nhanh chóng

Ngoài ra, những ảnh hưởng của phát triển Nông Nghiệp theo hướng HĐH cũng góp phần làm cho diện tích đất nông nghiệp ngày một giảm đi, trong khi

CNH-đó dân số tiếp tục tăng lên, nhu cầu về nhà ở ngày càng nhiều, nếu chúng ta không

có quy hoạch và quản lý tốt thì diện tích đất màu mỡ sẽ mất đi nhanh chóng

Mặt khác, mưa nhiều và tập trung làm cho đất trở nên xói mòn, rửa trôi khá nhanh, đất dễ bị suy thoái, cạn kiệt dinh dưỡng Bên cạnh đó, việc khai thác và sử dụng quá mức cũng như chế độ canh tác không hợp lý cũng dẫn đến tình trạng sa mạc hóa

Do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển cao đòi hỏi con người sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để tăng năng suất sản lượng sản phẩm Những hoạt động nhằm mục đích kinh tế này cũng là nguyên nhân cơ bản làm ô nhiễm môi trường

Mặt khác, ngành nông nghiệp ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng phân bón hóa học, vì thế dư lượng các chất hóa học trong các loại phân này gây ô nhiễm môi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng nhiều đến sinh vật cũng như con người

Để trả lại độ phì nhiêu cho đất biện pháp cấp thiết đố là sử dụng sản phẩm phân hữu cơ chế biến từ các nguồn khác nhau, đây chính là giải pháp hay nhất hiện nay có thể giải quyết được các vấn đề trên Phân bón hữu cơ dựa vào các chủng vi sinh vật sẽ phân giải các chất hữu cơ trong bùn, phế thải, rác thải, phế phẩm công nông nghiệp,… tạo ra sinh khổi, sinh khối này rất tốt cho cây cũng như cho đất, giúp cải tạo làm đất tơi xốp Mặt khác với mức sống trung bình của một người nông dân hiện nay không thể dùng các loại phân bón cho cây trồng với giá cả cao

như vậy, sự ra đời của hữu cơ đã đáp ứng được mong muốn của người nông dân, vừa tăng năng suất lại hợp túi tiền Dùng phân hữu cơ có thể thay thế được từ 50 - 100% lượng phân 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 lượng phân 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 làm cho 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 chế biến 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 vận hành 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 vi ứng dụng

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

1.8 Phương pháp nghiên cứu:

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

NGHIỆP VÀ VỎ CÀ PHÊ2.1 Tổng quan về nông nghiệp Việt Nam

Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam Hiện nay, Việt Nam vẫn là một nước nông nghiệp Năm 2009, giá trị sản lượng của nông nghiệp đạt 71,473 nghìn tỷ đồng (giá so sánh với năm 1994), tăng 1,32% so với năm 2008 và chiếm 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 gia tăng Đóng góp của nông nghiệp vào tạo việc làm còn lớn hơn cả đóng góp của ngành này vào GDP Trong năm 2005, có khoảng 60% lao động làm việc trong lĩnh vực nông, 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, đã giúp Việt Nam là nước thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo Những nông sản quan trọng khác là cà phê, sợi bông, đậu phộng, 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 những sản phẩm chính mà mình làm ra Chăn nuôi hay trồng trọt cũng vậy, mục tiêu cuối cùng 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 những sản 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 kể tình trạng ô nhiễm môi trường

Cây lúa một năm cho ra khoảng vài chục triệu tấn rơm Một thời gian dài nguồn rơm này thường bị nông dân đốt bỏ hoặc thải xuống sông rạch gây ô nhiễm

và làm cản trở giao thông đường Khối lượng rơm khổng lồ ấy nếu dùng để sản xuất ra loại hàng hóa khác hoặc dùng trong chăn nuôi thì sẽ làm tăng thu nhập cho nông dân rất nhiều Vụ lúa với khoảng 4 triệu ha đất trồng lúa, tương đương gần 20

chứa hoặc chất thành cây thì chỉ cần tận dụng một nửa lượng rơm của mùa này thì cũng đã chủ động nuôi vài trăm ngàn con trâu, bò Còn nếu muốn “đổi vị”, tăng chất cho rơm, chỉ cần vài túi nilong đường kính 1-1,2m, rồi cứ 100 kg rơm thêm 4

kg urê, nửa kg muối hòa tan, cứ lần lượt chất rơm vào túi, chất lớp nào tưới dung dịch đã pha sẵn rồi nén thật chặt tuần tự đến khi đầy túi, cột chặt miệng túi lại rồi

úp ngược xuống, 8-10 ngày sau lấy ra cho trâu bò ăn rất hữu dụng

Rơm - sản phẩm phụ của cây lúa nếu bỏ đi thì cũng chỉ là “rơm rác”- song, nếu biết khai thác thì là cả gia tài

Ngoài rơm rạ, diện tích trồng khoai lang, khoai mì, bắp mía ở nước ta cũng

có hàng trăm ngàn ha Sau khi thu hoạch thân, củ, trái, nếu phần đọt và lá được tận dụng, chế biến theo phương pháp ủ vi sinh, bảo quản cho trâu bò, heo ăn dần trong năm thì cũng đã chủ động nuôi được hàng trăm ngàn con trâu bò, hàng trăm ngàn con heo, tiết kiệm được nguồn tiền thức ăn rất lớn Phương pháp ủ chua vi sinh rất

dễ làm, tiện dụng và thời gian bảo quản kéo dài, trâu bò, heo lại rất thích ăn loại thức ăn này Cách làm như trên, với chúng ta như còn mới mẻ, nhưng những nước

ôn đới có nền chăn nuôi phát triển họ đã áp dụng rộng rãi hầu như là phổ biến Theo những nhà khoa học, thức ăn xanh ủ chua ngoài việc dinh dưỡng được bảo tồn, cải thiện còn giúp cho vật nuôi tiêu hóa, hấp thu dễ hơn

Theo thống kê nước ta hiện có hàng triệu con heo và trâu bò, hàng chục triệu con gia cầm Ngoài sản phẩm chính là thịt, trứng, sữa, sức kéo thì chất thải của chúng thải ra cũng không ít Thực tế mới chỉ có phân bò và một ít lượng phân heo, phân gà vịt được sử dụng để bón cho cây tiêu, nuôi cá hoặc trồng rẫy và cây ăn trái

Số còn lại rất lớn thải ra môi trường qua ao, đìa, sông rạch rất mất vệ sinh và là nguồn lây lan dịch bệnh cho người và vật nuôi Theo tính toán của các chuyên gia

về khí sinh học thì chỉ cần 5 con trâu bò hay 10 con heo hoặc 100 con gia cầm, các

hộ nông dân có thể làm được một túi khí sinh học qui mô nông hộ (túi ủ Biogas) Công trình khí sinh học sẽ đem lại một nguồn lợi đáng kể cho người sử dụng Chỉ tính riêng cho việc dùng gas để đun nấu mỗi năm cũng tiết kiệm được trên 2 triệu đồng tiền chất đốt Nếu hạch toán vào chăn nuôi đây có thể coi như một nguồn lãi đáng kể, làm giảm giá thành khoảng 7% Mặt khác, phụ phẩm của công trình khí

sinh học gồm nước thải lỏng và bã thải là những sản phẩm có giá trị thiết thực đối với sản xuất nông nghịêp Chúng được sử dụng làm phân bón, nuôi nấm, xử lý hạt giống hay làm thức ăn bổ sung cho gia súc, nuôi cá, nuôi trùn quế… Kết quả nghiên cứu cho thấy, dùng phụ phẩm lỏng phun trên lá năng suất cây trồng tăng bình quân khoảng 10% so với bón trực tiếp vào đất Còn bã thải của túi khí bón phối hợp với phân vô cơ sẽ làm tăng độ hòa 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 ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người, vật nuôi và môi sinh Còn nếu chúng ta biết tận dụng xử lý và khai thác thì nó là một nguồn lợi đáng kể cả về vật chất lẫn tinh thần vì không lo bệnh tật Cái lợi trước mắt thì đã rõ, còn về lâu dài nó giúp tạo dựng nên nột nền nông nghiệp bền vững Đất đai có hạn, con người ngày một đông Thêm nữa, màu mỡ trong đất cũng ngày càng cạn kiệt dần do canh tác liên tục nhiều vụ trong năm Đã đến lúc chúng ta không thể thờ ơ trước thực trạng này Tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp vào sản xuất nông nghiệp, cũng có nghĩa là ta đã trả về cho đất những thứ mà ta đã lấy đi Hơn lúc nào hết, ngày nay

cả thế giới đang vào cuộc khắc phục xuống cấp trầm trọng của khí hậu và môi trường Chúng ta không thể và không nên đứng ngoài cuộc mà phải hành động để bảo vệ khí hậu và thân thiện với môi 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 với nhiều 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 các yếu tố tự nhiên, địa hình dốc bị chia cắt mạnh và sự khai thác đất không hợp

lý, không đúng kỹ thuật của con người nên đã làm suy thoái sức sản xuất của đất,

mà trước hết là làm sụt giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất, sau đó là độ phì, cấu trúc đất cũng bị sụt giảm theo Thực tế sản xuất đã khẳng định vai trò thiết yếu của

phân hữu cơ trong việc duy trì độ phì nhiêu của đất, ổn định năng suất cây trồng, góp phần vào sản xuất nông nghiệp bền vững.

Vỏ cà phê thường bị đốt bỏ hoặc đổ trực tiếp ra vườn cà phê không qua xử

lý, nên chậm phân hủy gây ô nhiễm môi trường và là nguồn mang sâu bệnh hại tích lũy cho vụ sau Vỏ cà phê chứa nhiều cafein và tanin có khả năng ức chế vi sinh vật làm chậm quá trình phân hủy trong môi trường tự nhiên (chỉ phân hủy sau

2 năm) Mặc dù vậy, vỏ cà phê rất giàu lignocellulose, đây là nguyên liệu lý tưởng cho các quá trình lên men vi sinh vật Một số nông dân đem trộn vỏ cà phê với phân chuồng để làm phân bón cho vụ sau nhưng không có qui trình ủ nên hiệu quả không cao

Phần lớn nông dân trồng cà phê ở Kon Tum, Đăk Lăk, Gia Lai sử dụng phân bón hóa học, thiếu bón phân hữu cơ làm cho đất trồng cà phê ngày càng bị chai cứng, thoái hóa, vi sinh vật đất bị suy thoái hoặc sử dụng phân hữu cơ vi sinh với giá cao để bón cho cà phê không có hiệu quả kinh tế, trong khi đó, hàng năm có khoảng 300.000 tấn vỏ cà phê bị thải bỏ, đây là một nguồn hữu cơ dồi dào để sử dụng làm phân compost

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ PHÂN COMPOST

3.1 GIỚI THIỆU

Ở các nước đang phát triển, những trở ngại có liên quan đến kinh tế, kỹ thuật

và nguồn nhân lực có đủ trình độ chuyên môn làm thu hẹp cơ hội lựa chọn giải pháp quản lý, xử lý, thải bỏ chất thải rắn chấp nhận được Những giải pháp có thể bao gồm: giảm thiểu, tái sinh tái chế, sản xuất compost, thiêu đốt và chôn lấp chất thải rắn Sản xuất compost là giải pháp, có một vài ngoại lệ, thích hợp nhất cho nguồn nguyên liệu hạn chế nhưng có sẵn ở các nước đang phát triển Một đặc điểm làm cho sản xuất compost đặc biệt phù hợp là khả năng thích nghi cao với nhiều tình huống khác nhau, một phần bởi vì những yêu cầu cần thiết cho quá trình sản xuất compost có thể linh động thay đổi Kết quả là, gần như có mọi hệ thống compost cho mọi trường hợp, nghĩa là từ hệ thống đơn giản cho khu vực mới phát triển công nghiệp đến các hệ thống 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 sinh học: giảm chi phí cho trang thiết bị và chi phí vận hành, thân thiện với môi trường và tạo ra được 1 sản phẩm có ích

Ngược lại, sản xuất compost thỉnh thoảng có một số bất lợi, thường liên quan đến hệ thống sinh học, cụ thể là tốc độ phản ứng chậm và một số vấn đề không thể dự đoán 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 tuần hoặc tháng Tuy nhiên, nhược điểm không thể dự đoán được thì không hợp lý Nếu tất cả các điều kiện cần thiết được xác định, đảm bảo và duy trì thì tình trạng của quá trình sản xuất đó sẽ dự báo được

Giữa các yếu tố tiên quyết chủ yếu thì điều kiện quyết định cho sự thành công của sản xuất compost là sự hiểu biết cặn kẽ và ứng dụng các nguyên tắc cơ bản của quá trình Nếu không có sự hiểu biết này, thì các kế hoạch thiết kế và vận hành sản xuất compost sẽ không được chuẩn bị đầy đủ Những kiến thức về sinh học dựa trên kiến thức về những nguyên tắc cơ bản của quá trình Kiến thức naỳ

ứng dụng những kỹ thuật đó Lợi ích hiển nhiên của kiến thức là giúp ích cho việc lựa chọn một hệ thống phù hợp nhất để thực hiện các nhiệm vụ đã đưa ra Thêm một lợi ích kèm theo nữa là khả 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, phân biệt sản xuất compost với các dạng phân hủy sinh học khác Thứ hai là định nghĩa trên 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 nhau là:

“ Composting is the biologycal decomposition of biodegradable solid waste under controlled predominantly aerobic conditions to a state that is sufficiently stable for muisance – free strorage and handling and is satisfactorily matured for safe use in agriculture”

“Sản xuất Compost là sự phân huỷ sinh học của các chất thải rắn dễ phân huỷ sinh học dưới những điều kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát thành chất ở tình trạng ổn định hoàn toàn, không gây cảm giác khó chịu khi lưu trữ, sử dụng và trưởng thành để sử dụng an toàn trong nông nghiệp”

Các thuật ngữ và các cụm từ được sử dụng kết hợp với nhau để phân biệt những điểm khác nhau của sản xuất comost với các quá trình phân huỷ khác là:

“biological decomposition” (phân hủy sinh học), “biodegradable” (dễ phân hủy sinh học), “under controlled predominantly aerobic conditions” (dưới những điều kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát), “sufficiently stable” (ổn định hoàn toàn), và

“mature” (trưởng thành) Cụm từ: “biological decomposition” có ý là sự phân huỷ

đã được tiến hành và hoàn thành bởi vi sinh vật “Biodegradable” nói đến cơ chất

và sự dễ bị ảnh hưởng do quá trình phân huỷ bởi các chủng vi sinh vật, vd: vi khuẩn, nấm… Những chất này là Các chất ở dạng hợp chất hữu cơ được tạo từ vi sinh vật hoặc bởi sự tổng hợp hoá học (như halogenated hydrocarbons - những hydrocarbon bị halogen hóa)

Sự phân huỷ những chất hữu cơ tổng hợp đòi hỏi hoạt động của 1 số chủng VSV nhất định dưới các điều kiện đặc biệt Cụm từ “under controlled predominantly aerobic conditions”có 2 ý nghĩa: 1) là sự phân biệt sản xuất compost với các quá trình phân huỷ sinh học ngẫu nhiên diễn ra trong tự nhiên (vd: bãi rác

hở, trong rừng, trên cánh đồng…) 2) phân biệt sản xuất compost với quá trình phân hủy kị khí ( biogas) Tiêu chuẩn của sự “ổn định” là an toàn và lưu trữ không gây mùi khó chịu Tiêu chuẩn cho sự “trưởng thành” ( hoai mục hoàn toàn)” là định hướng để sử dụng trong nông nghiệp

3.2.2 Định nghĩa trên quan điểm sinh thái:

“Composting is a decomposition process in which the substrate is progressively broken down by a succession of population of living organisms The breakdown products of one population serve as the subtrate for the succeeding population The succession is initiated by way of the breakdown of the complex molecules in the raw substrate to simpler forms by microbes indigenous to the substrate.”

“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 quần thể vi sinh vật tiếp theo Các quá trình nối tiếp nhau bắt đầu bằng cách phân hủy những phân tử phức tạp trong cơ chất thô thành các dạng đơn giản hơn bởi các VK có sẵn trong cơ chất

3.3 SINH VẬT THỰC HIỆN CHUYỂN 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 hoạt động chuyển hóa tích cực (active stage – giai đoạn nhiệt độ cao) của quá trình

ủ compost 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 đơn giản là VK bị “phân nhánh” , nó là 1 loại khuẩn tia.(Khuẩn tia là nhóm VSV có tính chất 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 µm, trong công nghiệp,

Hình 3.1: Red californian

khuẩn tia khơng 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 chĩng của cellulose và chất gỗ (lignin) Mặc dù một vài VK phân giải Nito cĩ thể cĩ mặt, nhưng các điều kiện khơng cho phép phân giải nitơ

Sự bắt đầu cho giai đoạn ổn định của quá trình là sự xuất hiện của SV hoại sinh Nguồn dinh dưỡng cho SV hoại sinh là từ các VSV hoại sinh khơng hoạt động khác và các chất thải đang phân hủy Các dạng đầu tiên mới xuất hiện là các dạng cực nhỏ (như paramecium – lồi sinh vật đơn bào cĩ lơng mịn, amoeba - amip, rotifer - phiêu sinh vật đa bào cĩ khoang giả cực nhỏ) Dần dần, các dạng lớn hơn như sên và trùng đất trở nên nhiều Nằm trong số đĩ là Lumbricuse terestris, L rubellus, và Eisenia foetida Khối lượng compost sẽ thay đổi khá lớn tại thời điểm bắt đầu xuất hiện trùng đất Dĩ nhiên, trùng đất vẫn cĩ thể xuất hiện từ từ vào thời gian trước đĩ, thậm chí ở gần đầu giai đoạn Lợi ích tiềm tàng được xác nhận khi

sử dụng trùng đất trong sản xuất compost đã khuyến khích phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất “vermiculture”

3.3.1 Phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất:

Khi nĩi đến phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất, cần phải luơn luơn ghi nhớ rằng: trong sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất compost luơn luơn cĩ trùng đất, và sản phẩm cuối cùng đĩ chính là chất bài tiết mà trùng đất thải ra sau khi phân giải chất thải Và đĩ cũng chính là “sản phẩm compost” Trong số các lợi ích được nêu của

“vermiculture” cĩ những lợi ích sau đây: 1) giảm kích thước hạt sản phẩm nhiều hơn, 2) sản phẩm compost chất lượng cao hơn vì trong sản phẩm compost cĩ chất bài tiết của trùng đất rất giàu nitơ, 3) gia tăng sự trao đđổi carbon

và dinh dưỡng nhờ tăng sự tương tác giữa các sinh vật hoại sinh lớn và nhỏ , và 4) Sản phẩm bài tiết của trùng đất cĩ chất lượng hơn hẳn sản phẩm compost truyền thống

Không phải loài trùng đất nào cũng đều phù hợp để sản xuất compost (tạo ra protein và chất bài tiết) Trong các loài trùng đất có thể giữ lại sản xuất compost, loài thường dùng là loài được gọi là trùng đỏ californian “red californian”( Eisenia foetida) Ban đầu, người ta chọn loại trùng này để tăng khối lượng cơ chất được sử dụng và theo cách đó làm tăng lượng phân compost được tạo thành Đáng tiếc, kết quả của những cố gắng đó không tích cực lắm và các nỗ lực đã chuyển hướng sang cải tiến khả năng sinh sản của chúng cũng như cố gắng làm tăng tuổi thọ của trùng.

Mỗi con trùng loài “californian” trưởng thành có chiều dài 6-8 cm, đường kính 3 -4 mm trọng lượng trung bình khoảng 1g Thời gian sống có thể lên đến 6 năm

Thành phần chính trong 1 con trùng là nước, nước chiếm 70 – 95% khối lượng Phần còn lại (khoảng 5 -30%) chủ yếu là protein Sản phẩm compost làm từ trùng 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 Một module sản xuất cơ bản có khoảng 60000 con trùng, chúng sống trên diện tích có chiều dài: 2m, rộng 1m, tạo thành 1 lớp phẳng Cơ chất được phủ trên lớp trùng đất với bề dày khoảng 15 – 25cm Tùy thuộc điều kiện khí hậu, có thể dùng một mái che đơn giản để bảo vệ lớp trùng đất Cũng giống như nhiều quá trình sinh học khác, trùng đất cần 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 -25o) 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 hủy diễn ra tối ưu

Mặc dù trùng đất sinh ra trong quá trình chỉ là nguồn protein thấp, nhưng chúng 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 trên 800kg chất mùn trong

Mặc dù phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất xứng đáng được đặc biệt lưu tâm đến, nhưng nó có những hạn chế rất nghiêm trọng và cần được kiểm soát một cách chặt chẽ, đặc biệt trong các hệ thống quy mô lớn (nghĩa là lớn hơn 10Mg/ngày) Hơn nữa, có những nơi sản xuất mà các điều kiện cần thiết cho quá trình xử lý bằng trùng không thể đạt được Ví dụ điều này có thể xảy ra ở các

hệ thống quy mô nhỏ khi xử lý các cơ chất tương đối đồng nhất

3.3.2 VSV thêm vào để tăng tốc quá trình sản xuất compost

Sử dụng “inoculums” trong sản xuất compost đã đặt ra nhiều nghi vấn hay nói đúng hơn là phản đối Rõ ràng, sử dụng inoculums là tương xứng với nhu cầu

bổ sung VSV nếu như không có đủ quần thể VSV và SV có sẵn trong cơ chất để phân huỷ (làm compost) cơ chất Nét đặc trưng ở các chất thải dễ gặp trong sản xuất compost là chúng thường có sẵn các quần thể vi sinh trong mỗi loại chất thải, và việc thêm vào “inoculums” thì không cần thiết Ngược lại, thêm “inoculums” sẽ có lợi với các chất thải không có sẵn quần thể VSV hoặc có nhưng không đủ Ví dụ các chất thải như chất thải trong quá trình sản xuất dược phẩm, chất thải bị tiệt trùng hay khử trùng, và chất thải có thành phần đồng nhất ( mùn cưa hoặc vỏ bào

gỗ, trấu, chất thải của dầu thô …)

Nếu xác định là có nhu cầu cần inoculums, thì phải nghiên cứu sản xuất 1 inoculums, trừ khi đã có sẵn inoculums thích hợp Như sẽ được trình bày trong thảo luận dưới đây, việc nghiên cứu sản xuất 1 inoculums là một nhiệm vụ khó khăn, nó đòi hỏi tiến hành bởi 1 nhà vi sinh vật cực giỏicó những hiểu biết sâu sắc

về quá trình sản xuất compost

Một khó khăn thật sự là trên thực tế việc sản xuất ra sản phẩm compost là 1 quá trình chuyển hóa được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên tục, tuần tự tương tác với cơ chất Muốn nghiên cứu sản xuất inoculums thì bước đầu tiên phải nhận diện ra những nhóm VSV này, sau đó phải phác họa được vai trò của từng nhóm sinh vật đã được nhận diện Xác định chính xác VSV và tìm hiểu được vai trò hợp lý của chúng là việc cực kỳ khó khăn khi các quần thể vi khuẩn trong quá trình là hỗn hợp nhiều quần thể sinh vật khác nhau Để đạt hiệu quả, những sinh vật trong inoculum phải cạnh tranh thắng lợi với những sinh vật có

sẵn trong chất thải Khả năng cạnh tranh của sinh vật được bổ sung vào sẽ bị ảnh hưởng bất lợi nếu cứ cấy đi cấy 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 thải được bổ sung inoculums chuẩn bị sản xuất ra sản phẩm compost Trước khi được chấp nhận, xác nhận về inoculums phải được chứng minh là đúng bằng cách làm thí nghiệm 1 cách khách quan hoặc xây dựng mô hình trình diễn Hơn nữa, cần chú ý rằng, thông thường, những chủng sinh vật thêm vào không cạnh tranh tốt dưới điều kiện sản xuất thực tế

Nếu cần bổ sung 1 inoculum hoặc thêm VSV , có thể sử dụng phân ngựa đã phân hủy, thành phẩm compost , hoặc 1 loại đất mùn màu mỡ Tất cả 3 vật liệu vừa nêu đều có chứa 1 hệ vi sinh vật rất phong phú 1 hình thức bổ sung

“inoculums” thường được sử dụng trong thực tế làm compost là: tuần hoàn, bổ sung trở lại 1 phần thành phẩm compost “mass inoculation”, nghĩa là, thêm sản phẩm compost vào nguyên 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 YẾU TỐ CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT COMPOST:

Ngoài sự có mặt của những sinh vật cần thiết, những yếu tố chính ảnh hưởng lên quá trình sản xuất compost có thể được nhóm thành 03 nhóm chính là: nhóm những yếu tố dinh dưỡng, môi trường và vận hành Tầm quan trọng tương đối của mỗi một loại yếu tố được xác định bằng quan hệ của nó đối với sự sinh trưởng và hoạt động của những sinh vật chủ yếu (then chốt) trong quá trình Những sinh vật quan trọng này quyết định tốc độ và quy mô của việc sản xuất ra sản phẩm compost, bởi vì chúng có hệ enzym phức tạp để cho phép chúng tấn công, phân giải, và sử dụng chất hữu cơ trong rác thải tươi (thô) Những sinh vật khác chỉ có thể sử dụng những sản phẩm đã bị phân hủy (sản phẩm trung gian) Do đó, sản xuất

ra sản phẩm compost từ chất thải là kết quả của những hoạt động – như đã nói tới ở phần trước – được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên tục, tuần tự

tương tác với cơ chất Nói ngắn gọn, các nhóm sinh vật cứ lần lượt chuẩn bị điều kiện cho các nhóm tiếp sau.

3.4.1 Các yếu tố dinh dưỡng:

Nguồn dinh dưỡng nhất định trong chất thải chỉ được các vi khuẩn sử dụng nếu có sẵn Tính “có sẵn” thể hiện dưới 2 mặt – gọi là hoá học và vật lý Một chất dinh dưỡng được gọi là “có sẵn” về mặt hóa học đối với 1 loại vi khuẩn hoặc 1 nhóm vi khuẩn nếu nó là 1 phần của phân tử cho phép dễ dàng bị 1 loại hay nhiều loại VK tấn công Thông thường sự tấn công ,có nghĩa là sự bẻ gãy chất hữu cơ hay phân hủy, được thực hiện bởi enzym mà VK có hoặc có khả năng tổng hợp Tính

“có sẵn” về mặt vật lý có nghĩa là khả năng VK có thể tiếp cận Nó phụ thuộc vào

tỷ lệ khối lượng hoặc thể tích trên diện tích bề mặt hạt rác thải, những đại lượng này phụ thuộc vào kích cỡ hạt chất thải

3.4.1.1 Nguyên tố đa lượng và vi lượng:

Những chất dinh dưỡng có thể được phân thành 2 loại: “đa lượng” và “vi lượng” Các nguyên tố đa lượng bao gồm: C, N, P, Ca và K Tuy nhiên, hàm lượng

Ca và K cần thiết thì thấp hơn nhiều so với C, N và P Bởi vì chúng chỉ cần hiện diện với hàm lượng “vết”, chúng thường được gọi là “nguyên tố vết không thể thiếu” Trong thực tế, hầu hết chúng trở nên độc nếu nồng độ vượt quá vết Nằm trong số những nguyên tố vết không thể thiếu còn có Mg, Mn, Co, Fe, S Hầu hết những nguyên tố dạng vết có vai trò trong việc trao đổi tế bào chất

Cơ chất là nguồn gốc cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi lượng cần 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 compost phải là chất thải Sự bất ổn định được đề cập đến ở đây có nguyên nhân là do giữa các nguyên liệu khác nhau có những dị biệt về sự “sẵn có” 1 số chất dinh dưỡng đối với vi khuẩn Những dị biệt về sự “sẵn có”, đến lượt nó, lại phụ thuộc vào sự chênh lệch độ bền 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 tương đối cho sự phát triển của tế bào, tỷ lệ trên lý thuyết là 25:1 Tỷ lệ này nhấn mạnh chủ yếu vào lượng carbon; bởi vì trong sự trao đổi chất của vi khuẩn và tổng hợp tế bào chất, 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 tổng hợp các sản phẩm để lưu trữ, mà phần lớn chúng được ôxy hóa tạo ra CO2 trong quá trình trao đổi chất Ngược lại, N chỉ được sử dụng như 1 chất dinh dưỡng , được gọi là thành 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 lệ này lớn hơn tỷ lệ 8-10oC “có sẵn”: 1N “có sẵn” (cần ghi chú sự nhấn mạnh ở chỗ “có sẵn”) Trong thực tiễn sản xuất compost, tỷ lệ này vào khoảng 20:1 đến 25:1 Theo kinh nghiệm chung, nếu tỷ lệ C:N vượt quá giới hạn vừa nêu, tốc độ phân hủy sẽ bị chậm lại Ngược lại, nếu tỷ lệ thấp hơn 20:1, N có khả năng bị thất thoát Lý do thất thoát 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 thấp xuống bằng cách bổ sung thêm chất thải có nhiều nitơ vào nguyên liệu đầu vào Nếu khả năng kinh tế cho phép, có thể hạ tỷ lệ C:N bằng cách thêm phân bón

N hóa học, như phân urê, hay amôni sunphát (NH4)2SO4 Trái lại, chất thải có nhiều

C có thể được sử dụng để nâng tỷ lệ C:N thấp Nồng độ N và tỷ lệ C:N trong các loại rác thải và chất thải khác nhau được liệt kê trong bảng dưới

3.4.1.3 Phân tích C và N

Trong những phương pháp phân tích hữu ích để xác định lượng N, phương pháp Kjeldahl tiêu chuẩn vẫn luôn là phương pháp vừa thực tiễn vừa có chất lượng

Xác định lượng C rất khó khăn ở những nước đang phát triển bởi vì nó cần

chuyên môn cao Để có được mẫu đại diện trong phạm vi nghiên cứu do các phương pháp phân tích hiện nay đề xuất, rất hẹp và là công việc hết sức khó khăn, nhất là khi với lượng chất thải hỗn tạp như chất thải rắn.

Phương pháp “Stop-gap” (tạm gọi là “lấp đầy khoảng trống”) thích hợp với sản xuất compost trong quản lý chất thải rắn được dùng để tính toán hàm lượng C dựa trên một công thức phát hiện vào 1950 Công thức như sau:

8,1

%100

bị những thứ để nấu ăn, hay các loại phân tươi) màu xanh (hay tính theo màu) đối

với chất thải khô, không xanh dao động trong khoảng 1 – 4, tỷ lệ C:N sẽ thuộc phạm vi “cho phép”.

3.4.1.4 Kích cỡ hạt:

Kích thước các hạt trong chất thải là yếu tố có liên quan đến dinh dưỡng, bởi vì chất thải là cơ chất trong quá trình sản xuất compost và cơ chất lại chính là nguồn dinh dưỡng Sự liên quan đến dinh dưỡng là do bởi ảnh hưởng của kích cở của mỗi hạt trên tính “sẵn có” về mặt vật lý của chất dinh dưỡng, nghĩa là, khả năng tiếp cận chất dinh dưỡng Như đã trình bày trước đây, kích cỡ hạt quyết định

tỷ lệ khối được phô bày thành bề mặt “mass-to-surface” và, do đó, quyết định khối hạt tiếp xúc trực tiếp với sự tấn công của VSV Bởi vì tỷ lệ này càng tăng khi kích thước hạt càng nhỏ, tốc độ phân huỷ ( tốc độ sản xuất compost) theo lý thuyết sẽ tăng khi kích cỡ hạt càng nhỏ Tuy nhiên, tăng tính theo lý thuyết không phải lúc nào cũng là hiện thực trong thực tế Thất bại có thể do 1 hay nhiều yếu tố Ví dụ như bản chất vật lý của cơ chất có thể làm hạn chế kích thước cho phép tối thiểu Người ta định nghĩa “kích thước cho phép tối thiểu” là kích thước nhỏ nhất cho phép mà nếu nhỏ hơn nữa sẽ ảnh hưởng có hại đến quá trình compost Cuối cùng, tiêu chuẩn để xác định kích thước cho phép tối thiểu là với kích thước hạt đó có thể tạo thành cơ chất có trạng thái xốp vừa đủ có khả năng chịu đựng áp lực thông khí cần thiết

Độ xốp phụ thuộc phần lớn vào sức bền của cấu trúc của chất liệu hạt Nguyên vật 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 thích hợp khoảng 1,5 đến 7 cm Kích thước hạt phù hợp đối với gỗ dạng dăm bào có độ dày khoảng 1cm và có chiều rộng khoảng từ 2 tới 5 cm Những chất thải

có nguồn gốc từ sợi và do cắt tỉa cây cối (rác vườn) có kích thước thích hợp từ 5 tới 10 cm Nếu những nhánh cây và cành cây con có đường kính nhỏ hơn 1 cm thì kính thước hạt có thể lớn hơn Kích thước hat cho phép tối thiểu đối với những loại rác mềm có xu hướng lớn hơn bởi vì những hạt vật liệu mềm có kích cỡ nhỏ quá mức cho phép có khuynh hướng kết lại thành một khối vô định hình đến mức rất ít

rác thực vật tươi, rác thải rau quả và rác nhà bếp có thể to khoảng 15cm và thậm chí có thể lớn hơn với những loại rác 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

Nếu không trộn lẫn với các vật liệu lót đáy đủ loại, phân động vật không cần giảm kích cỡ Trong trường hợp giảm kích thước, bất kỳ sự giảm kích thước nào cũng cần 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 cản việc tiến hành giảm kích thước rác thải trong sản xuất compost Sự giảm kích

cỡ luôn luôn được tiến hành với một thiết bị cắt hoăc máy xay nghiền, đó thường

là thiết bị lớn và đắt tiền Vì thế có thể chọn giải pháp khác cho việc cắt giảm kích thước, đó là đảo trộn vật liệu để làm cho chúng gãy vỡ, bị rách, bị dập một cách tương đối Đảo trộn có thể được thực hiện với trống 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 trường đối với quá trình sản xuất compost là chúng – có thể là từng yêu tố hoặc nhiều yếu tố kết hợp lại - quyết định tốc độ và mức độ phân hủy Theo đó, tốc độ

và mức độ phân hủy tương ứng với mức độ trong đó mỗi yếu tố dinh dưỡng và yếu

tố môi trường đều tiến dần tới sự tối ưu

Nếu khiếm khuyết một yếu tố bất kỳ nào đó sẽ hạn chế tốc độ và mức độ phân hủy – có thể nói một cách khác , yếu tố bị khiếm khuyết chính là yếu tố làm hạn chế quá trình Cần hết sức lưu tâm ghi nhớ rằng yếu tố cuối cùng làm hạn chế quá trình sản xuất compost là yếu tố tạo nên các quần thể vi sinh vật khác nhau thuộc về di truyền

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

Nếu nhiệt độ trên 650C quá trình sản xuất compost hầu như sẽ bị ảnh hưởng xấu 1 cách nghiêm trọng Lý do là vi sinh vật hình thành bào tử tại mức nhiệt độ cao hơn 650C Trừ khi chúng là VSV hoạt động trong khoảng nhiệt độ thermophilic, nếu không chúng sẽ rơi vào giai đoạn nghỉ hoăc chết Vì vậy phương pháp sản xuất compost hiện nay sử dụng quy trình vận hành được thiết kế tránh nhiệt độ cao hơn 600C

3.4.2.2 Độ pH

Độ pH của khối ủ thông thường thay đổi theo thời gian, như biểu diễn trên đường cong trong hình dưới Như trên hình biểu diễn, vào giai đoạn đầu của quá trình sản xuất compost, độ pH thường bị giảm xuống , tuy nhiên chẳng bao lâu sau

nó bất đầu tăng lên đến pH cao như pH = 9 Sở dĩ ban đầu pH giảm xuống là do những phản ứng tạo thành acid hữu cơ, những acid này sẽ đóng vai trò là cơ chất cho quần thể vi sinh 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 dẫn đến 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 trình sản xuất compost từ rác thải trái cây, bởi vì trong giai đoạn đầu, độ pH thường giảm xuống đột ngột hơn

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

compost

3.4.2.3 Yếu tố độ ẩm

Một đặc điểm quan trọng của việc sản xuất compost từ rác thải đô thị là mối quan hệ mật thiết giữa độ ẩm và sự thông khí, đặc biệt là trong quá trình sản xuất compost 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 quần thể vi khuẩn

là không khí giữ lại trong những khe hở giữa những hạt chất thải Việc khuếch tán oxy trong không khí vào bên trong khối chất thải để thỏa mãn nhu cầu oxy của vi sinh vật là không quan trọng lắm Bởi vì trong các khe hở giữa những hạt chất thải còn chứa độ ẩm tự do trong khối ủ, giữa độ ẩm và oxy có sẵn phải có một sự cân bằng Để tiện sử dụng, sự cân bằng này có thể được gọi tên là “độ ẩm cho phép”

Theo đó nó sẽ ở mức mà nếu cao hơn nữa sự thiếu oxy sẽ diễn ra và tình trạng kỵ khí sẽ bắt đầu phát triển

Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép”

có yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất “Khả năng chịu lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay không trước sự biến dạng và lực nén

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

Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép”

có yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất “Khả năng chịu lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay không trước sự biến dạng và lực nén

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

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

Tầm quan trọng của việc giữ độ ẩm của cơ chất trên 40% đến 45% thường bị coi 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 động tại độ ẩm 12%

3.4.3 Sự thông khí

Sản xuất compost kỵ khí so với hiếu khí

Thoạt đầu, sản xuất compost kỵ khí được xem là 1 giải pháp khả thi có thể thay thế cho sản xuất compost hiếu khívà người ta đã đưa ra nhiều lập luận mạnh

mẽ bênh 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 điểm này chưa bao giờ có vẻ sẽ trở thành hiện thực Thậm chí khi những

ưu điểm này ở thành sự thật đi nữa, chúng không đủ để bù cho những nhược điểm trong hoạt động của 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 xuất compost 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 mọi người 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 khí ngắn hạn ngoài tác dụng trên còn có thể kết hợp làm giảm N thất thoát xứng đáng được đặc biệt lưu tâm

So sánh với phương pháp sản xuất compost kỵ khí, phương pháp sản xuất compost hiếu khí có rất nhiều ưu điểm, trong đó có:

Sự phân huỷ xảy ra nhanh hơn

Nhiệt độ cao đủ để làm chết những mầm bệnh

Số lượng và nồng độ khí hôi thối giảm mạnh

Mùi khó chịu là vấn đề không thể tránh trong xử lý và thải bỏ chất thải Để cải thiện đáng kể nồng độ và sự tập trung mùi trong sản xuất compost hiếu khí cần cung cấp đủ nhu cầu Oxi cho quần thể vi khuẩn hoạt động bằng cách sử dụng quy trình thông khí thích hợp Khí sinh ra có thể được kiểm soát bằng cách thu khí từ khối ủ compost do quá trình phân hủy và xử lý chúng bằng hệ thống xử lý hoá học hay sinh học, nhờ vậy mùi hôi khó chịu sẽ giảm

a Tốc độ thông khí

Tốc độ thông khí sao cho khối compost duy trì hiếu khí (nghĩa là đáp ứng nhu cầu oxy của vi khuẩn) phụ thuộc bản chất và cấu trúc của các thành phần cuả rác thải và tùy thuộc vào phương pháp thông khí

VD: nhu cầu Oxi của 1 quần thể vi khuẩn lớn và hoạt động nhiều, trong quá trình sản xuất compost chất thải dễ phân huỷ hiển nhiên sẽ lớn hơn nhu cầu Oxi của quần thể vi khuẩn thưa thớt và ít hoạt động hơn trong sản xuất compost nguyên vật liệu khó phân hủy.

Tính toán chính xác tốc độ thông khí thích hợp cho mỗi trường hợp

là 1 việc khó khăn Khó khăn nảy sinh từ vấn đề là có rất ít số liệu thực sử dụng kỹ thuật và trang thiết bị phù hợp với thực tế Trong tài liệu có quá nhiều dữ liệu, điều

đó được chứng minh bằng kết quả của những cuộc điều tra trình bày ở dưới

Một trong những khảo sát đầu tiên là O2 thổi khí theo nhiều tốc độ khác nhau vào trống quay, sau đó đo nồng độ Oxy trong dòng khí thoát ra Mặc dầu những điều kiện thực nghiệm không tính toán chính xác tổng nhu cầu Oxi cần thiết cho nguyên liệu, nhưng kết quả thực nghiệm xác định được tốc độ tiêu thụ O2 Tỷ

lệ hô hấp được tìm thấy là 1 (nghĩa là CO2 sinh ra: O2 tiêu thụ = 1)

Trong 1 giai đoạn khác trong cùng khảo sát trên, các nhà nghiên cứu tập trung xác định mối quan hệ giữa sự tiêu thụ O2 với các yếu tố môi trường chủ yếu Một trong những phát hiện không mấy ngạc nhiên là tốc độ tiêu thụ O2 tăng lên tương quan với yếu tố tiến dần tới mức tối ưu

Dựa vào Những kết quả thu được từ nghiên cứu điều tra, và 1 số khảo sát khác, tốc độ thông O2 được chứng minh phụ thuộc vào cường độ hoạt động của

vi khuẩn Khi đó tốc độ thông khí sẽ giảm khi độ ổn định cuả compost tăng lên, nghĩa là compost đã “trưởng thành”

b Dự đoán nhu cầu ôxy cần thiết

Nhu cầu Oxi cần thiết không thể dự đoán 1 cách chính xác nếu chỉ dựa trên

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 trong thùng kín (in-vessel system)

và 1 hệ thống sản xuất compost dạng đánh luống sử dụng khí cưỡng bức (forced-air windrow system), người ta có thể giả định tốc độ khí nạp vào là 530 đến 620

m3/Mg rác thải Tốc độ thông khí trong thiết kế cuối cùng nên lấy cơ sở từ lượng Oxi tiêu thụ, và được tính toán bằng những thí nghiệm lúc đầu với rác thải sẽ sản

xuất compost là cơ chất Với hệ thống đánh luống đảo trộn (turining windrow system), thông số cần xác định là tần số đảo trộn Biểu đồ nồng độ O2 biểu diễn theo độ sâu của luống được đảo trộn có thể lấy từ hình

Hình 3.5: Lượng oxy cung cấp

Trong thực nghiệm và trong vấn đề thiết kế trình bày sau này, cần luôn luôn ghi nhớ mùi khó chịu tỏa ra từ khối compost không nhất thiết là kết quả tất yếu cuả quá trình phân huỷ kỵ khí Trên thực tế, những sản phẩm phân huỷ trung gian và bản thân các cơ chất cũng có thể có mùi khó chịu Ngoài ra, cho dù

có thể loại bỏ hoàn toàn mùi hôi, khối compost lớn hơn 1m3 có thể không khả thi về

kỹ thuật và kinh tế

3.4.4 Các thông số vận hành

3.4.4.1 Giám sát quá trình sản xuất compost.

Để phát triển 1 chương trình giám sát sản xuất compost hiệu quả, cần phải xác định và đánh giá các thông số vận hành thích hợp, và các mối quan hệ cuả chúng lên quá trình sản xuất Compost Dựa trên những kiến thức chuyên môn sâu sắc về trình tự của các tình huống diễn ra trong suốt quá trình sản xuất compost trong điều kiện tất cả các điều kiện đều được thỏa mãn, các thông tin về thông số vận hành và mối quan hệ của chúng có thể được xác định và được thông hiểu tường tận Trong quá trình sản xuất compost, có một số điểm bộc lộ vai trò này và chúng được xem là đại lượng giúp giám sát hoạt động của hệ thống sản xuất compost 3

điểm đáng chú ý đó là: 1) Sự thay 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 của nguyên liệu đưa vào sản xuất compost, sau 1 thời gian rất ngắn, bắt đầu tăng lên sau khi tạo lập những điều kiện cần thiết cho quá trình sản xuất compost (nghĩa

là sau khi nguyên 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 quần thể vi khuẩn Dưới những điều kiện thuận lợi, giai đoạn này sẽ được kế tiếp bởi giai đoạn gia tăng nhiệt độ gần như theo cấp số mũ tới nhiệt độ 60oC đến 70oC

Sự gia tăng nhiệt độ rất cao là kết quả phân huỷ những thành phần dễ phân hủy trong chât thải (vd như: đường, tinh bột, một số protêin đơn giản) Trong suốt thời

kỳ này, số lượng 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 dài của giai đoạn phụ thuộc vào loại hệ thống sản xuất compost sử dụng và bản chất của chất 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 khó phân hủy hoặc các điều kiện vận hành không đạt mức tối ưu Nên lưu ý rằng sự gia

tăng nhiệt độ cao và mạnh mẽ sẽ giảm nhiều nếu rác thải có chứa nhiều chất trơ Có thể xác định nhiều chất trơ trong chất thải dựa trên thông số chất rắn dễ bay hơi thấp ( ví dụ như bùn đô thị loại 3) Ơ những trường hợp đó, nhiệt độ có thể sẽ thấp hơn, nghĩa là nằm trong khoảng 50oC đến 60oC Nếu xuất hiện những điều kiện vận hành không thuận lợi, giai đoạn nhiệt độ cao sẽ kéo dài ra và mức nhiệt độ cao sẽ

Mặc dù nhiệt phát sinh trong quá trình sản xuất compost là kết quả của quá trình biến dưỡng của vi khuẩn, năng lượng nhiệt được giữ lại trong khối compost phụ thuộc vào liên hệ của khối compost với môi trường xung quanh Nói tóm lại, nhiệt độ tăng 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 động của quần thể vi khuẩn tạo ra và hiệu quả giữ nhiệt trong khối compost bằng bất cứ 1 vật liệu che phủ nào hoăc bằng 1 thùng chứa đựng kín khối compost Hiệu quả cách nhiệt một phần phụ thuộc vào kích thước khối compost Ở những khu vực

có nhiệt độ không khí bên ngoài cao hơn từ 8 đến 10oC, thể tích tối thiểu cho phép giữ nhiệt là 1m3

Giai đoạn “trưởng thành” (maturation), mặc dù không có các yếu tố xác định ranh giới (nghĩa là vẫn duy trì những điều kiện tối ưu), được nhận biết nhờ sự bất đầu giảm nhiệt độ liên tục, và đồng thời nhờ 1 số chỉ thị khác về hoạt động của vi khuẩnNói tóm lại, nhiệt độ giảm xảy ra đồng thời với giai đoạn hoàn thành sản phẩm compost và kết quả là làm tăng độ ổn định của sản phẩm Những kinh

nghiệm đã qua cho 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 40oC

a. Sự thay đổi những tính chất vật lý

Hình thức bề ngoài

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

Kích cỡ hạt

Các hạt cơ chất có khuynh hướng ngày càng nhỏ vì sự phân rã và sự cọ sát diễn ra giữa các hạt , 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

Sự 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 hành chủ yếu.Thay đổi những thông số này sẽ khiến phân hủy chất dể bay hơi, biến đổi cấu 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 hữu cơ), oxy hóa sinh học chúng, tạo ra sản phẩm là CO2 Bởi vì quá trình sản xuất compost là một quá trình phân hủy sinh học có kiểm soát, trong quá trình đó những chất phức tạp được phân hủy thành những chất đơn giản hơn, những cấu trúc phân

tử phức tạp được thay thế bằng những cấu trúc phân tử đơn giản hơn những phân tử

chất rắn dể bay hơi và sự chuyển hóa cấu trúc phân tử phức tạp đến dạng đơn giản hơn làm cho 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 của quá trình sản xuất compost bổ sung cho chức năng dùng để giám sát quá trình của chúng 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 không tăng, hoặc tăng chậm rất chậm, mặc dù chất thải đã được đánh luống hay đã được đưa vào bể phản ứng xong, có thể nhận định sau đây đúng: một số điều kiện trong quá trình 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 ngày càng nhiều là dấu hiệu của độ ẩm quá mức Ngược lại, không có bất cứ mùi nào sẽ biểu thị cho độ ẩm quá thấp 1 nguyên nhân khác không liên quan đến hơi ẩm là tỷ lệ C:N cao hơn mức giới hạn Rất khó để phân tích vấn đề này vì trong thực tế, khi tỷ lệ C:N cao, thỉnh thoảng vẫn có dấu hiệu tăng nhiệt độ Khả năng thứ

3 là độ pH thấp hơn 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 chất xơ) Một giải pháp khác là tăng cường làm thoáng khí Làm thoáng không chỉ cung cấp 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 cơ chất với chất thải có hàm lượng Nitơ cao (bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải; phân gia cầm, heo hay cừu) Nước vôi trong có thể dùng để tăng độ pH Tuy nhiên, dùng nước 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 trình phát triển compost không bình thường Vì vậy, 1 sự gián đoạn bất ngờ khi nhiệt độ đang tăng vọt theo cấp số mũ sẽ biểu thị cho 1 tình huống hạn chế sự phát triển, ví

dụ như độ ẩm trong luống compost cao quá mức hoặc hệ thống làm thoáng trong hệ thống 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 thu ngắn 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 quá cao Nếu độ ẩm không phải là nguyên nhân, hệ thống hoặc quá trình làm thoáng không đầy đủ có thể là nguyên nhân kế tiếp Lý do là mùi hôi thường có liên quan với VSV kỵ khí, mặc dù hơi thô thiển, nhưng lúc này khứu giác giống như là 1 thiết

bị quan trắc Có thể sử dụng 1 máy đo Oxy; tuy nhiên, mặc dù hiệu quả hơn, đáng tin cậy hơn, nó rất đắt tiền Với 1 hệ thống tự động, lượng oxi trong không khí “cấp vào” hiển nhiên 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 ngừng tìm 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 thuật phân tích đã được xem xét Vấn đề là tất cả những thí nghiệm đó ít hay nhiều đều có những khiếm khuyếtlàm giảm tính có ích của chúng Ví dụ như với thí nghiệm dựa trên những thay đổi tính chất vật lý của sản phẩm compost hay cơ chất, thí nghiệm này thường có tính chủ quan cao, và đã chủ quan thì thường khó có được thông tin xác thực Sự nhầm lẫn sự ổn định với ổn định tạm thời gây ra bởi lượng hơi ẩm thấp minh họa cho tính chủ quan

Một khiếm khuyết khác rất thường gặp là thiếu tính tổng quát, thể hiện dưới dạng những giá trị không thích hợp Ví dụ như thí nghiệm xác định độ ổn định dựa trên nồng độ chất rắn dễ bay hơi Giả thiết cho thí nghiệm này là tất cả chất liệu chứa chất rắn dễ bay hơi sẽ phân hủy với tốc độ như nhau và phân hủy sinh học giống y như nhau Từ giả thiết này, do thiếu tính tổng quát, sẽ có thể xuất hiện những lý luận sai lầm

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

sử dụng những 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

lệ C: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 sau cùng Tính kỹ thuật này dựa trên sự thật rằng sự giảm sút nhiệt độ xảy ra do không còn vật liệu dễ phân hủy (không ổn định) Ưu điểm của thông số này là sử dụng nó

ở đâu cũng đều như nhau; kiểu tăng giảm nhiệt độ (nghĩa là hình dạng của đường cong nhiệt độ) thế nào vẫn biểu diễn cùng 1 tính chất, bất kể vật liệu được sản xuất compost là gì Nhưng mặc dù nó đáng tin cậy, thí nghiệm này tốn thời gian, không

có tính kỹ thuật ứng dụng tổng quát, và phụ thuộc vào độ tự tỏa nhiệt của vật liệu Tuy nhiên, thí nghiệm này hoàn toàn hợp lý khi ứng dụng ở các nước đang phát triển và cho những vận hành sản xuất nhỏ và vừa ở các nước công nghiệp

c Self-heating capacity(khả năng tự sinh nhiệt)

Thí nghiệm, về khả năng tự sinh nhiệt của vật liệu, là biến số cho sự thay đổi giảm nhiệt độ sau cùng Làm thí nghiệm này là đưa mẫu vào bình Dewar flasks Bình Dewar được quấn trong nhiều lớp vải lót côtông hoặc bất kỳ chất liệu cách 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 Phương pháp này tổng quát vì sự giảm sút thông số nhiệt độ là như nhau trong mọi tình huống Nhược điểm của nó là rất mất thời gian, , có thể là rất nhiều ngày Tuy nhiên, nó khá đơn giản, tương đối rẻ, và hợp lý để sử dụng trong các nước đang phát triển

d Mức độ oxi hoá:

Một tiêu chí khác dùng để đo lường sự ổn định sự khác biệt rộng rãi giữa tỷ lệ vật liệu dễ phân hủy trong nguyên liệu đầu vào “feedstock” và trong mẫu đang 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,

là sự khác nhau giữa nồng độ vật liệu dễ phân hủy trong rác thải thô và trong mẫu đang thí nghiệm 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 được gây ra bởi các hoạt động của vi khuẩn khi có mặt chất hữu cơ dễ phân hủy Sự

có mặt chất hữu cơ dễ phân hủy làm tập trung hoạt động của vi khuẩn, do đó lượng oxi được hấp 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 vực lõi của một luống < 50mV thấp hơn độ ôxy hóa ở khu vực ngoài cùng Rõ ràng tiêu chuẩn này không ứng dụng cho “in-vessel composting”(hệ thống sản xuất compost trong thết bị kín) Một thiếu sót quan trọng của khi tính toán bằng khả năng oxi hoá là thí nghiệm thiếu độ chính xác 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 lớn lên và sự phát triển của các bào tử nấm Chaetomium gracilic là cơ sở để đo lường sự hoai 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) Sau12 ngày ủ ở nhiệt độ 37oC, đếm các bào tử của nấm Giả sử, số lượng bào tử nấm giảm là tăng độ maturity (quoai mục) Lợi ích của thí nghiệm bị sút giảm nghiêm trọng vì thời gian thí nghiệm dài, cũng như là phụ thuộc vào 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 thiết rằng nồng độ tinh bột trong cơ chất sẽ giảm theo cùng với sự phân huỷ của các hợp chất hữu cơ, tức là tăng sự ổn định Cơ sở của thí nghiệm là bởi vì tinh bột là chất dễ phân huỷ và thường là thành phần không bền trong tất cả các loại chất thải

Sự phân huỷ tinh bột sẽ làm tăng sự ổn định của chất thải Bởi vậy, sản phẩmcompost đạt phẩm chất, hoàn toàn “trưởng thành” (hay hoai mục) phải không còn chứa tinh bột Do đó nồng độ tinh bột là 1 chỉ thị cho sự ổn định

Xác định nồng độ tinh bột liên quan tới sự hình thành (starch iodine) phức hợp tinh bột iodin, trong một phản ứng chiết xuất bằng axit từ mẫu compost Rất khó để có kết quả chính xác cùng với việc không có giá trị ứng dụng tổng quát, điều đó đã làm cho thí nghiệm tinh bột bị hạn chế sử dụng.

g Sự tiêu thụ O 2/ sự hình thành CO 2 :

Mức độ VSV tiêu thụ O2 hoặc sự hình thành CO2 trong suốt quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ là một tiêu chuẩn cho sự ổn định vật liệu Tốc độ sử dụng O2 cao, và theo đó, CO2 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 O2 hoặc tạo thành CO2 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 O2 tiêu thụ hoặc CO2 tạo thành rơi vào phạm trù chung của quá trình hô hấp (respirometry) Nhiều tổ chức khác nhau đã công bố các kết quả thí nghiệm liên quan đến quá trình hô hấp (respirometry), trong

đó gồm có:

“Standard Test Method for Determining the Stability of Compost by Measuring Oxygen Consumption, D5975”, American Society for Testing and Material;

“Specific 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 Council

Thêm vào đó, rất nhiều nhà nghiên cứu đã báo cáo vềsự phát triển và ứng dụng các quá trình hô hấp để đo lượng oxi cần thiết cho sản xuất compost

3.5 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COMPOST

3.5.1 Nguyên tắc chung :

•Đầu tiên, (nhiệm vụ 1) là giai đoạn chuẩn bị: chuẩn bị hay xử lý sơ bộ chất thải đầu vào sao cho nó trở thành cơ chất thích hợp cho quá trình compost Những chất thải 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 có vấn đề gây khó chịu hoặc nâng cao chất lượng của sản phẩm ví dụ như cải thiện khả năng 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

sự làm 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, các buồng 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 Oxy quan trọng trong 1 vài hê thống sản xuất compost Do đó, giá trị thông thường của Oxy 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 CO2 Nếu Oxy trong các kẽ hở và trong lớp không khí bề măt không được thay thế thường xuyên bằng không khí sạch với lượng oxy đủ thì quá trình yếm khí sẽ nhanh chóng xảy ra Do đó, thiết bị làm thoáng phải được thiết kế sao cho không khí trong các kẽ hở và lớp bề mặt phải được phục hồi theo 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 trong các kẽ hở và lớp bề mặt, bằng cách tạo ra những kẽ hở mới, lớp không khí bề mặt mới, 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” (turning) những vật liệu đưa vào sản xuất compost Ngoài ra xáo trộn còn được thực hiện trong một số

hệ thống sản xuất compost dạng ở trong thùng hay kênh mương, bằng cách thả rơi những đống compost từ sàn này qua sàn khác hoặc từ 1 băng truyền này đến 1 cái khác thấp hơn hay sử dụng những trống xoay chậm, hoặc các thiết bị hình trụ có chong chóng ở bên trong để xáo trộn 1 nhóm gồm nhiều hệ thống sản xuất compost dạng ở trong thùng hay kênh mương

• Trong các hệ thống liên quan đến rung lắc, chủ yếu là chuyển động theo phương ngang, và không cần phải xáo trộn (nghĩa là khi đã xảy ra quá trình rung thì tiên hành xáo trộn đồng thời là không cần 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 trí của vật thể không quan trọng, miến là làm sao để có thể cấp khí cho đống compost, chẳng hạn trong ủ tĩnh (static windrow), khí vẫn được cung cấp mặc dù đống compost không hề thay đổi)

Sự trao đổi khí được thực hiện bằng cách thay thế khí bão hoà CO2 bằng khí mới 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 đổi không khí như vậy được gọi là hệ thống khí cưỡng bức Tính hiệu quả của

hệ thống này 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 sản phẩm 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,

trong khu vực sản xuất compost là 1 điều cần lưu ý trong thiết kế nếu nơi sản xuất compost đặt gần các khu dân cư

Yếu tố quyết định mức độ mùi ở khu vực 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 cách đến nơi nhạy cảm với mùi gần nhất Nguồn phát sinh mùi có thể do các loại vật liệu đầu vào, những vật liệu compost dễ phân hủy, những đống lưu trữ compost không ổn định ( 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 ở dạng đống hiếu khí đều ứng dụng lọc sinh học để xử lý mùi Hơn nữa, phần lớn những địa điểm sản xuất đó đều sử dụng những công trình lọc sinh học truyền thống ở trên mặt đất

Xu hướng gần đây trong công nghiệp đã đưa ra 1 số thiết kế khác (thiết bị sản xuất compost) chẳng hạn: ứng dụng sàn lắc (agitated beds), những thùng chứa

cơ động (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 thập niên 90 cho đến nay,sự tăng nhanh về số lượng của các địa điểm sản xuất compost từ rác xanh_green waste (lá cây tươi, cỏ, phân gia súc…) được nghiền nhỏ ở Mĩ và sản xuất compost từ chất hữu cơ ở châu Âu đều kết hợp xem xét kĩ lưỡng sự phát sinh mùi và kiểm soát chúng từ những nơi sản xuất compost Các thiết 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 phẩm compost (compost thành phẩm), những vỏ dăm bào, đôi khi thêm vào những vật liệu khác, chẳng hạn than bùn, vôi, vỏ cây, hoặc cát… Loại và đặc tính của lớp lọc ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình lọc, cũng như độ bền của nó Lựa chọn lớp lọc cũng dựa vào nồng độ của những hợp chất gây mùi trong dòng khí thoát ra, độ xốp (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 hệ thống_ quạt gió hoặc máy nén khí, và nó còn ảnh hưởng đến khả năng hỗ trợ cho quần thể VSV.

Lọc sinh học có thể có cấu trúc như sau: khí cần xử lí được dẫn đến nhờ mạng lưới những ống có khoan lỗ Những ống này được đặt ở đáy của lớp lọc để làm nhiệm vụ phân phối khí 1 lớp 45 cm sỏi đã được rửa sạch,tròn được dặt trên những cái ống đó

Để tránh làm tắc những cái lỗ và cho phép khí đi lên, 1 lớp lọc được đặt trên lớp sỏi 1 giải pháp cho lớp lọc thường được sử dụng trong những nhà máy compost ở Mĩ là ứng dụng vải địa chất

Chức năng thích hợp của vải địa chất dựa vào kích thước lỗ của vật liệu ( độ lớn lỗ lọc của nó) Sau khi đặt lớp vải địa chất( hoặc bất kì 1 loại lớp lọc nào khác) vào vị trí, 1 lớp vật liệu lọc 100-120cm được đặt lên trên Lớp vật liệu lọc này nên được lựa chọn 1 cách thích hợp để lọc theo đúng yêu cầu kĩ thuật

Trong nhiều trường hợp, 1 lớp vật liệu lọc khác dày khoảng 30cm được đặt lên trên 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 Ảnh minh hoạ lọc sinh học

Nhiệt độ của vật liệu trong lọc sinh học bị ảnh hưởng do điều kiện môi trường xung quanh cũng như tốc độ dòng khí, độ ẩm, và nhiệt độ của khí được xử

lí Nhiều nhà thiết kế đã đưa ra những thiết kế khác để giảm nhiệt độ của khí vào từ mức nhiệt độ cao xuống đến mức nhiệt độ thấp (30-400C) Một vài phương pháp 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 tới thêm năng lượng cung cấp cho quạt mà không đạt được mức giảm nhiệt độ như ý

Để duy trì quần thể VSV mong muốn trong lớp lọc sinh học, cần phải giữ độ

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

ẩm và giữ ẩm trong ống phân phối khi hoặc lắp đặt những vòi phun, xịt phía trên vật liệu lọc

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

Tỷ lệ C/N và hàm lượng dinh dưỡng giúp cho việc duy trì quân thể VSV xử

lí khí thoát ra Những thông số này liên quan tới việc lựa chọn lớp vật liệu lọc thích hợp

Những thông số khác ảnh hưởng đến hoạt động của lọc sinh học bao gồm:

độ rỗng, khả năng giữ nước, và sự phân phối kích thước hạt( khoảng kích thước hạt thích hợp) Sự phân phối độ rỗng và độ ẩm có thể điều chỉnh bằng việc xáo trộn, đảo trộn theo chu kì

Phượng tiện lọc sinh học sẽ dần dần tiến tới 1 giới hạn mà khi đó hiệu quả lọc giảm mạnh và nên được thay thế Mặc dù điểm thay thế thực sự rất khác nhau

và phụ thuộc vào từng trường hợp 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 Dụng Lựa Chọn Hệ 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 công toàn bộ quá trình sản xuất compost.

Trải nghiệm thực tế chứng minh những nguyên lí cơ bản thực sự có ích, và những 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 thành công, cụ thể là bởi vì sự phức tạp không tạo ra hiệu quả của quá trình(nghĩa là, không phải lúc nào những quá trình phức tạp cũng mang lại hiệu quả cao, có lúc những quá trình đơn giản vẫn đạt được kết quả cao hơn) Chất lượng sản phẩm không nhất thiết được 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 kinh tế)

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

Một trong số những yếu tố quyết định khác liên quan đến kinh tế Nói 1 cách đơn giản, hệ thống được lựa chọn phải thích hợp với điều kiện kinh tế và năng lực làm việc của địa phương mà nó được sử dụng Yếu tố này làm cho hoàn toàn không thể đề nghị lựa chọn 1 hệ thống tương đối tự động đối với các quốc gia không phải công nghiệp hoá, vì nó vượt quá khả năng của họ, và do vậy chắc chắn sẽ thiếu nguồn nhân lực 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 đến đánh 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