SỬ DỤNG VSV PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM PHÂN HỦY RÁC HỮU CƠ LÀM COMPOST

SỬ DỤNG VSV PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM PHÂN HỦY RÁC HỮU CƠ LÀM COMPOST

Chương 1:

MỞ ĐẦU

I.1 Sự cần thiết của đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 19 quận và 5 huyện, tổng diện tích 2.095,01 km² Vào năm 2006, thành phố có dân số 6.424.519 người Cùng với sự phát triển kinh tế, kéo theo đó là hàng loạt các vấn đề về ô nhiễm môi trường Mỗi ngày tại thành phố Hồ Chí Minh có trên 6.000 tấn rác thải sinh hoạt được thải ra môi trường Vấn đề rác thải hiện nay đang là vấn đề báo động đối với thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và cả nước nói chung Các loại rác thải sinh hoạt hiện nay chủ yếu được đem chôn lấp chứ ít được xử lý, vì vậy đã gây ra ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm không khí trầm trọng Các loại rác thải sinh hoạt của thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu được chôn lấp tại các bãi rác như bãi rác Đông Thạnh, Phước Hiệp, Gò Cát… nhưng các bãi rác này hiện nay đang ngày một trở lên quá tải và hàng loạt vấn đề kéo theo như phát thải khí Mêtan, nước rỉ và đặc biệt là mùi, đây là kết quả của việc phân hủy tự nhiên các chất hữu cơ có trong rác thải Vì vậy, vấn đề đặt ra cho chúng ta hiện nay là phải có biện pháp xử lý rác thải hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rác thải thành các sản phẩm có giá trị kinh tế

Đã có nhiều biện pháp được đưa ra như phun thuốc hóa học, đem đốt, cho vào thùng và bỏ xuống đáy biển… Tuy nhiên các phương pháp này rất tốn kém và đặc biệt ảnh hưởng xấu đến môi trường Biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay để xử lý rác thải sinh hoạt là sử dụng phương pháp phân hủy sinh học, vì thành phần chủ yếu trong rác thải sinh hoạt chiếm 65 – 90% là hữu cơ Sử dụng phương pháp sinh học ít tốn kém, không gây ô nhiễm môi trường và nhất là phù hợp với các qui luật tự nhiên, có thể tái sử dụng và tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao

Ta cần phải xem rác thải như một nguồn tài nguyên cần được khai thác chứ rác không phải là thứ bỏ đi.

Xử lý rác thải bằng phương pháp sinh học là sử dụng các chủng VSV phân hủy, ủ rác với các VSV này để xử lý Có hai phương pháp ủ là ủ hiếu khí và ủ kỵ khí Phương pháp ủ hiếu khí là rác thải bị phân hủy bởi VSV trong điều kiện có oxy, sinh ra khí cacbonic, hơi nước và nhiệt Sản phẩm ổn định sẽ làm phân bón cho nông nghiệp Phương pháp ủ kỵ khí là rác thải bị VSV phân hủy trong điều kiện không có oxy, sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí chủ yếu là khí mêtan, khí cacbonic, sản phẩm trung gian giữa axit hữu cơ và rượu Khí mêtan sinh ra có thể thu hồi, sử dụng làm nguồn năng lượng chất đốt Quá trình phân hủy kỵ khí còn có sản phẩm phụ là cặn Vì vậy cần phải xử lý cặn

Sử dụng phương pháp ủ hiếu khí đơn giản hơn, dễ làm nhưng không thu hồi được năng lượng sinh ra như phương pháp ủ kỵ khí Phương pháp này phù hợp với những nơi điều kiện kinh tế chưa phát triển, phù hợp với các nước đang và chậm phát triển, trong đó có Việt Nam, còn phương pháp ủ kỵ khí khó làm hơn, cần chi phí đầu tư xây dựng mới có thể làm được, nhưng lại thu hồi được lượng metan làm nguồn năng lượng chất đốt, phương pháp này phổ biến ở các nước phát triển phương tây

Đề tài đã chọn phương pháp ủ hiếu khí vì nó thích hợp với điều kiện thực tế ở nước

ta, dễ làm, đơn giản Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp chôn lấp hiện nay là là giảm phát thải khí mêtan, một trong những tác nhân gây hiệu ứng nhà kính

Vấn đề đặt ra ở đây là phải phân loại rác, Chủ yếu rác thải sinh hiạt hiện nay chưa được phân loại tại nguồn, gây khó khăn cho quá trình ủ Vì vậy trước khi đem ủ, cần băm rác nhỏ, tách lựa các chất vô cơ như túi nilon, bao bố, sắt, nhựa…

I.2 Mục đích của đề tài:

Mục đích của đề tài là sử dụng chủng VSV PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM, kết hợp xạ khuẩn và nấm trichoderma phân hủy rác thải sinh hoạt tại khu vực chợ TÂN QUI, huyện CỦ CHI làm COMPOST Đo hàm lượng các chất dinh dưỡng trong sản phẩm, bổ sung dinh dưỡng để tạo ra sản phẩm phân bón sinh học đạt tiêu chuẩn hiện nay và có thể đem bán ra thị trường.

I.3 Nội dung đề tài

- Giới thiệu chung về đề tài

- Giới thiệu về tình hình rác thải hiện nay và đề xuất biện pháp xử lý

- Đặc điểm các loại VSV phân hủy rác

- Qui trình công nghệ sản xuất COMPOST từ rác thải bằng VSV phân hủy

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng

- Xác định hàm lượng dinh dưỡng, bổ sung dinh dưỡng cho đạt tiêu chuẩn

I.4 Giới hạn của đề tài

Đề tài chỉ tập trung đến qui trình công nghệ để sản xuất COMPOST, các yếu tố ảnh hưởng và các tác nhân sinh học, không đề cập đến thiết kế kỹ thuật công trình, không đề cập đến bản vẽ

Qui trình xử lý rác thải sinh hoạt, chủ yếu là rác hữu cơ, không đề cập đến các loại rác thải khác

Đề tài chỉ tập trung vào giai đoạn phân hủy sinh học, các bước cơ bản ban đầu như tách lựa, băm rác, sàng lọc làm hoàn toàn bằng thủ công

Chương 2:

TỔNG QUAN TÀI LIỆUII.1 Khái niệm Compost, con đường hình thành:

II.1.1 Định nghĩa COMPOST:

Ủ compost được hiểu là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học đến trạng thái ổn định dưới sự tác động và kiểm soát của con người, sản phẩm giống như mùn được gọi là compost Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân hủy trong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóa các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật

Lịch sử quá trình ủ compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nông nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3.000 năm trước Công nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghiệp đầu tiên trên thế giới Người Trung Quốc đã ủ chất thải từ cách đây 4.000 năm, người Nhật đã sử dụng compost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế kỷ Tuy nhiên đến năm 1943, quá trình ủ compost mới được nghiên cứu một cách khoa học và báo cáo bởi Giáo sư người Anh, Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn Độ Đến nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ compost và nhiều mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn được phát triển trên thế giới Compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị dưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và cây trồng Sản phẩm compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nông nghiệp hay các mục đích cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng Ngoài ra, compost còn được biết đến trong nhiều ứng dụng, như là các sản phẩm sinh học trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, hay các sản phẩm dinh dưỡng, chữa bệnh cho vật nuôi và cây trồng

Phương pháp ứng dụng vi sinh vật rất quan trọng trong quá trình ủ compost Thực tế, hệ vi sinh vật cần thiết cho quá trình ủ compost đã có sẵn trong vật liệu hữu

cơ, tự thích nghi và phát triển theo từng giai đoạn của quá trình ủ compost Các thành phần bổ sung thông thường có thể là sản phẩm sau ủ compost hay các thành phần giúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N) Việc bổ sung các chế phẩm có bản chất là vi sinh vật ngoại lai hay enzyme là không cần thiết mà vẫn có thể ủ compost thành công Kiểm soát tốt các điều kiện môi trường ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật chính là nhân tố quyết định sự thành công của quá trình ủ compost Kiểm soát tốt quá trình

ủ compost cũng giúp giảm phát sinh mùi ô nhiễm và loại bỏ các mầm vi sinh vật gây bệnh Vì vậy các giải pháp kỹ thuật trong công nghệ ủ compost hiện đại đều hướng tới mục tiêu kiểm soát tối ưu các điều kiện môi trường cùng với khả năng vận hành thuận tiện

Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ compost từ chất thải rắn đô thị là phân loại để loại bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc hại khác vì chúng cản trở quá trình chuyển hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm compost

II.1.2 Mục đích của quá trình COMPOST:

Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình COMPOST sẽ chuyển hóa các 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 hoặc nước

Làm mất hoạt tính của VSV: nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 50 - 600C, đủ để làm mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus có hại nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất 3 ngày Do dó, các sản phẩm của quá trình COMPOST có thể loại bỏ an toàn trên đất sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất

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

COMPOST các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3- và PO4 thích hợp cho cây trồng Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến COMPOST bổ sung dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn.

Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới chứng minh sự tăng khả năng kháng bệnh của cây được trồng trong đất có bón COMPOST Cho đến nay, ở Việt Nam COMPOST chưa được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp Với hàm lượng dinh dưỡng cao dễ hấp thụ và chủng loại VSV đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng kháng bệnh cao

II.1.3 Động học quá trình COMPOST

Quá trình chuyển hóa sinh học hiếu khí CTR có thể biểu diễn một cách tổng quát theo phương trình sau:

CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2  nCwHxOyNz + sCOz + rH2O + (d – nx)NH3

Trong đó:

r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)]

s = a – nw

CaHbOcNd và CwHxOyNz biểu diễn thành phần phân tử thực nghiệm của chất hữu cơ ban đầu và sau khi kết thúc quá trình Nếu quá trình chuyển hóa xảy ra hoàn toàn, phương trình biểu diễn có dạng như sau:

Các P hản Ứng H óa Sinh

Quá trình phân hủy chất thải xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian Ví dụ quá trình phân hủy protein bao gồm các bước:

Protein  peptodes  amino acids  hợp chất ammonium  nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3

Đối với carbonhydrats, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước như sau:

Carbonhydrate  đường đơn  acid hữu cơ  CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn.

Chính xác những chuyển hóa hóa sinh xảy ra trong quá trình composting vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết Các giai đoạn khác nhau trong quá trình làm compost có thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau:

1 Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới;

2 Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic;

3 Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn định hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứng hóa sinh này được đặc trưng bằng các phương trình (1) và (2) trong trường hợp làm compost hiếu khí và kị khí như sau:

COHNS + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + Sản phẩm khác + Năng lượng (1)CHONS + VSV kỵ khí  CO2 + H2S + NH3 + CH4 + Sản phẩm khác + Năng lượng(2)

4 Pha trưởng thành (maturation phase) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men lần thứ hai xảy

ra chậm và thích hợp cho sự hình thành các keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ,…) và cuối cùng thành mùn Các phản ứng nitrate hóa, trong đó ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định hóa chất thải bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2 -) và cuối cùng thành nitrate (NO3-) cũng xảy ra như sau:

Nitrosomonas bacteria

NH4 + + 3/2 O2 - NO2- + 2H+ + H2O (3) Nitrobactor bacteria

Kết hợp hai phản ứng (3) và (4), quá trình nitrate hóa xảy ra theo phương trình phản ứng

22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21NO3- + C5H7O2N + 20H2O + 42H+

Hình: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình Composting

II.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng

Bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, pH, kích thước nguyên liệu và nguồn đạm trong nguyên liệu.

II.1.4.1 Nhiệt độ:

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trong quá trình COMPOST Hầu hết các tài liệu cho thấy nên duy trì nhiệt độ 55-600C

trong luống ủ COMPOST vì ở nhiệt độ này quá trình chế biến COMPOST vẫn có hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trên, COMPOST không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh Nhiệt độ trong luống ủ COMPOST có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm cô lập khối phân với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý.

II.1.4.2 Nước và độ ẩm:

Nước và độ ẩm rất quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến quá trình COMPOST Nếu quá ẩm sẽ gây thiếu oxy, không khí khó lọt qua đống ủ Quá khô sẽ ảnh hưởng đến hoạt động VSV vì VSV cần độ ẩm

Độ ẩm tối ưu cho quá trình COMPOST khoảng 50-60% Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách trộn vật liệu độn có độ ẩm cao

Độ ẩm của phân bắc, bùn, phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó cần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệ thống làm COMPOST vận hành liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm COMPOST như sơ đồ sau

Hình 5: Tuần hoàn sản phẩm COMPOST

II.1.4.3 pH:

VSV cần một khoảng pH tối ưu để hoạt động pH tối ưu khoảng 6.5-8.0 Tùy thuộc vào thành phần tính chất của chất thải, pH sẽ thay đổi trong quá trình COMPOST

II.1.4.4 Kích thước nguyên liệu:

Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, có thể làm tăng vận tốc phân hủy trong một khoảng độ xốp nhất định, vì hạt quá nhỏ sẽ có độ xốp thấp ức chế vận tốc phân hủy Hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và có thể tao ra các kênh thổi khí làm cho sự phân bổ khí không đồng đều, không có lợi cho quá trình COMPOST ảnh hưởng đến chất lượng chế biến phân bón

Kích thước hạt tối ưu cho quá trình chế biến trong khoảng đường kính từ 50mm Kích thước hạt có thể đạt tối ưu bằng cách cắt, nghiền, hoặc sàng vật liệu thô ban đầu Chất thải rắn sinh hoạt và chất thải nông nghiệp phải được nghiền đến kích thước thích hợp trước khi làm phân Phân bắc, bùn và phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học

3-II.1.4.5 Nguồn đạm trong nguyên liệu:

Thông số dinh dưỡng quan trọng nhất là tỉ lệ C/N, nhu cầu N trong nguyên liệu làm COMPOST chiếm khoảng 2-4% C ban đầu, hay nói cách khác tỉ lệ C/N khoảng 25/1

Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ số C/N tối ưu gặp khó khăn vì những lý do sau:

-Một phần các chất C như Cellulose và Lignin khó phân hủy sinh học, chỉ bị phân hủy sau một thời gian dài

-Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV không sẵn có

-Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn Azotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO43-.

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

Nếu tỉ lệ C/N của vật liệu làm COMPOST cao hơn giá trị tối ưu sẽ hạn chế sự phát triển của VSV do thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu trình chuyển hóa, oxy hóa phần C dư khi đạt tỉ lệ C/N ban đầu là 20-50 thời gian cần thiết là 14 ngày và tỉ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết là 21 ngày

Ở tỉ lệ C/N thấp (như phân bắc và bùn) N sẽ thất thoát dưới dạng NH3, đặc biệt

ở điều kiện nhiệt độ cao, có thổi khí

II.2 Tình hình sản xuất Compost hiện nay trên thế giới và VN

II.2.1 Tình hình sản xuất Compost hiện nay trên thế giới

Các mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn hiện nay trên thế giới được phân loại theo nhiều cách khác nhau Theo trạng thái của khối ủ compost tĩnh hay động, theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay tự nhiên, có hay không đảo trộn Dựa trên đặc điểm, hệ thống ủ compost lại được chia thành hệ thống mở và hệ thống kín, liên tục hay không liên tục Mô hình ủ compost hệ thống mở phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có kết hợp thông khí cưỡng bức hoặc đảo trộn theo chu kỳ Nhược điểm của hệ thống mở là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết và thời gian ủ có thể kéo dài, thường chỉ áp dụng ở quy mô nông trường, trang trại có diện tích mặt bằng lớn, xa khu đô thị

Đối với ủ compost quy mô công nghiệp trong các nhà máy lớn, hiện nay trên thế giới thường áp dụng mô hình ủ compost hệ thống kín (hay hệ thống có thiết bị chứa) giúp khắc phục được các nhược điểm của hệ thống mở, vận hành và kiểm soát quá trình thuận tiện Thông thường hệ thống ủ compost kín hiện đại được thiết kế hoạt động liên tục, khí thải được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học (biofilter)

Các mô hình công nghệ ủ compost hệ thống kín thường được phân loại theo nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòng vật liệu Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là:

II.2.1.1 Kiểu DANO (Phổ biến ở ĐAN MẠCH)

- Thiết bị hình trụ, quay với tốc độ 1 vòng/1 phút

- Nhiệt độ có thể lên trên 600C

- Cung cấp không khí bằng quạt thổi

- Rác được lưu trong thiết bị từ 3 đến 5 ngày, sau đó tiếp tục được ủ 30 đến 60 ngày

Hình: Sơ đồ công nghệ kiểu DANO

II.2.1.2 Kiểu JERSEY

Rác thải được chuyển từ tầng cao xuống thấp, mỗi ngày một tầng Kiểu ủ này áp dụng với rác thải sinh hoạt, quá trình ủ hiếu khí

Hình: Sơ đồ qui trình ủ kiểu JERSEY

II.2.1.3 COMPOSTING hiếu khí cưỡng bức

Hay còn gọi là phương pháp BARC (Beltsville Aerated Rapid Composting), phương pháp này hiệu quả hơn, bảo quản nhiệt độ lớn hơn các phương pháp thông thường, vì vậy tiêu diệt được phần lớn các vi sinh vật gây bệnh

Kích thước: L x W x H = 12 x 6 x 2,5 m

Nhiệt độ 60 – 800C, thời gian từ 3 đến 5 ngày, duy trì ủ 10 ngày

II.2.1.4 Kiểu TRUNG QUỐC

Phương pháp này ủ không đảo trộn, thông khí bằng ống đục lỗ, sau 2 đến 3 ngày thì phủ trấu Thời gian ủ 60 ngày

II.2.1.5 Kiểu WINDROW

Phương pháp này đảo trộn liên tục để cung cấp khí và để trồn đều nguyên liệu, đẩy nhanh tốc độ phân hủy Thời gian từ 20 đến 40 ngày, nhiệt độ tâm khối ủ khoảng 650C

Kích thước: L x W x H = 13 x 3 x 1,5 m

II.2.2 Các mô hình công nghệ tại Việt Nam

Tại Việt Nam, một số mô hình xử lý chất thải rắn đô thị quy mô lớn cũng đã được đầu tư trong những năm gần đây Trong đó có các dự án sử dụng nguồn vốn của Nhà nước và ODA, điển hình như tại Cầu Diễn - TP Hà Nội (năm 2002) áp dụng công nghệ của Tây Ban Nha và tại TP Nam Định (năm 2003) áp dụng công nghệ của Pháp Một số dự án sử dụng nguồn vốn tư nhân đều áp dụng công nghệ trong nước

Đông Vinh - TP Vinh (năm 2005) và TX Sơn Tây - tỉnh Hà Tây (đang chạy thử nghiệm) áp dụng công nghệ Seraphin Trong đó, các mô hình công nghệ ủ compost áp dụng ở đây có thể chia thành các loại hình cơ bản như sau:

II.2.2.1 Mô hình ủ compost kiểu chia ô không liên tục

Mô hình ủ compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục tại Cầu Diễn, Nam Định, Thủy Phương Thông thường hệ thống được điều khiển thông khí tự động Nói chung, các mô hình ủ compost kiểu này đều ở cấp độ đơn giản, vẫn còn những nguy cơ phát sinh mùi ô nhiễm do hệ thống chưa khép kín

Hình: Sơ đồ công nghệ tại CẦU DIỄN

* Ưu điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu thấp thấp

- Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa

- Trình độ của công nhân không cần cao

* Nhược điểm:

- Khâu phân loại chưa tốt, còn lẫn nhiều tạp chất ảnh hưởng không tốt đến các khâu sau này của công nghệ Còn làm thủ công nhiều.

- Mức độ cơ giới hóa, tự động chưa cao nên hiệu suất xử lý chưa cao

- Do còn thủ công nhiều nên công nhân tiếp xúc trực tiếp với môi trường độc hại, gây ảnh hưởng sức khỏe công nhân

II.2.2.2 Mô hình ủ compost kiểu luống

Mô hình ủ compost kiểu luống động trong nhà kín tại Đông Vinh được thiết kế hoạt động liên tục, đảo trộn theo chu kỳ ngắn Trong đó hỗn hợp nguyên liệu hữu cơ được đưa tới đầu vào của hệ thống, vận chuyển liên tục trong quá trình ủ bằng cách đảo trộn và sau cùng sản phẩm được lấy ra ở đầu cuối của hệ thống

Toàn bộ quá trình ủ compost ở đây được thực hiện trong nhà kín có thiết kế thông khí và xử lý khí thải bằng “biofilter” Luống ủ được thiết kế với kích thước lớn và liên tục giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng, dễ vận hành

Mô hình ủ luống động cũng được áp dụng tại nhà máy xử lý rác Nam Thành Ninh Thuận

Nguyên liệu chủ yếu là rác thải sinh hoạt Nguồn rác thải này được công ty trực tiếp thu gom tại thành phố Phan Rang Tháp Chàm và các khu vực lân cận với khối lượng trung bình từ 100-150 tấn / 1ngày

Rác sẽ được vận chuyển tập trung về nhà máy Tại đây, rác thải sinh hoạt được phân loại, xử lý và chế biến thành COMPOST phục vụ cho sản xuất nông nghiệp

Khối lượng và thành phần nguồn nguyên liệu đầu vào của quá trình sản xuất COMPOST của công ty được trình bầy trong bảng dưới đây:

Nguyên phụ

liệu

Rác thải sinh hoạt Chưa phân loại 100-150 tấn/1 ngày

Men đặc chủng phân

hủy hữu cơ

NTC Protect 180 – 240 lit/ 1 ngày

Men đặc chủng chế

biến phân bón

sản xuất

Nguồn: Số liệu từ công ty Nam Thành

Bảng thành phần các chất có trong rác thải sinh hoạt tại Ninh Thuận:

Nguồn: số liệu từ công ty Nam Thành

Hình: Qui trình công nghệ của công ty Nam Thành Ninh Thuận

Từ nhà tiếp nhận, rác theo băng tải và được phân loại sơ bộ lần 1 (thủ công) để tách các vật thể có kích thước lớn, sau đó rác được đưa vào máy đập (xưởng 1) để xé các túi đựng rác, nghiền và tách sơ bộ các vật thể như gạch, cát, và các loại vỏ

chai, sau đó rác theo băng chuyền qua hệ thống tách từ, thu sắt vụn, tách gió thu nilon.

Tại xưởng 1, rác tiếp tục được phun vi sinh khử mùi, theo hệ thống băng chuyền đến xưởng 2 để tách lựa lần 2, sử dụng thiết bị như sàng lồng, tách từ, tách gió, tách thủ công và sàng cát loại bỏ các vật thể rắn không phân hủy như xà bần, cát, thủy tinh… và thu được sắt vụn, nilon, hữu cơ

Sau giai đoạn phân loại lần 2, rác thải tương đối đồng nhất (thành phần hữu

cơ chiếm tỉ lệ cao hơn nhiều so với rác ban đầu) vật thể rắn không tái sản xuất được như xà bần, cát, thủy tinh sẽ được mang đi chôn lấp hợp vệ sinh và đúng qui định Các vật thể tái sử dụng được đưa vào kho phế liệu để bán cho các cơ sở tái sản xuất Còn các loại nhựa, hạt nhựa để sản xuất các loại bao bì

Tất cả các loại rác hữu cơ sau phân loại theo băng chuyền sẽ được phun vi sinh phân hủy vi sinh kháng bệnh, tiếp theo sử dụng xe cơ giới chuyển vào hầm ủ

Tại hầm ủ tiếp tục phun bổ sung vi sinh phân hủy khử mùi, kháng bệnh (phun khi xe cơ giới đổ rác vào hầm) Trước khi tiếp nhận rác vào hầm ủ, tổ kỹ thuật kiểm tra các chỉ tiêu như độ ẩm, tạp chất (cát, nilon, phi hữu cơ khác nếu vượt qui định cho quay lại tách lựa)

Thời gian ủ trong hầm từ 20 - 30 ngày thì rác thải đã được mùn hóa, độ ẩm đạt từ 40 – 50% Thời gian đầu của quá trình ủ nước từ khối ủ rỉ ra và được qui tụ vào các hố thu gom trên hầm ủ được xử lý và sử dụng tạo ẩm bổ sung, trong quá trình ủ, tiến hành đảo trộn định kỳ bằng xe chuyên dụng (rác mới ủ đảo trộn 10 ngày 1 lần, rác đã ủ được một thời gian thì đảo trộn 5 ngày 1 lần) Tổ kỹ thuật sẽ kiểm tra các chỉ tiêu theo qui định, nếu không đạt phải xử lý

Khi rác thải trong hầm ủ đạt các chỉ tiêu và đã mùn hóa tiến hành mang ra bãi ủ chín, mục đích chính là để giảm ẩm tự nhiên, thời gian từ 15 đến 20 ngày Tổ

kỹ thuật tiếp tục kiểm tra khi độ ẩm đạt 20-25% thì chuyển vào xưởng sản xuất mùn tinh (xưởng 3) với thiết bị như băng tải, máy đập, sàng lọc, sàng rung.

Tại xưởng 4, mùn tinh được phối trộn với các phụ gia cho vào hệ thống tạo viên, sấy, giảm nhiệt, sàng phân loại để đồng nhất về kích thước hạt và cuối cùng đến hệ thống đóng bao tự động cho ra sản phẩm

Tại xưởng 5, các loại nhựa, nilon thu được từ khâu tách lựa của các xưởng được chuyển đến đây, xử lý loại bỏ tạp Khi đạt yêu cầu sẽ được chế biến bằng máy

ó định hình và sản xuất hạt nhựa theo chuẩn loại

Tất cả các loại nhựa, bao nilon thu từ khâu tách nhựa sẽ được chuyển đến phân xưởng 5 Phân xưởng này có nhiệm vụ phân loại, xử lý nguyên liệu theo kích thước, ly tâm bằng máy sau đó đưa ra sân phơi cho đến khi khô tuyệt đối và liên tục qua máy ó, định hình và sản xuất ra hạt nhựa tái sinh và phôi nhựa theo chủng loại Sản phẩm tạo ra là các bánh “bò”, cung cấp cho các cơ sở sản xuất nhựa tái chế

Đây là loại mô hình công nghệ đơn giản với chi phí đầu tư không lớn Tuy nhiên những vấn đề khó khăn tại đây là hệ thống thiết bị chưa được đầu tư đồng bộ và hiện đại, thiết bị đảo trộn không chuyên dụng có thể làm giảm hiệu quả khi vận hành, thể tích nhà chứa lớn nên việc thu hồi và xử lý khí thải cũng là vấn đề phức tạp, dễ ảnh hưởng đến môi trường làm việc bên trong

* Ưu điểm

- Công ty TNHH XD TM & SX Nam Thành trực tiếp đảm nhận việc thu gom, vận chuyển rác thải sinh hoạt của thị xã Phan Rang Tháp Chàm, nên nguồn nguyên liệu sản xuất luôn được cung cấp đầy đủ kịp thời, giúp nhà máy họat động ổn định

- Dây chuyền công nghệ sản xuất khép kín, tái chế được phần lớn rác thải nên lượng rác bỏ ra bãi chôn lấp rất ít đã góp phần giảm diện tích xây dựng bãi

chôn lấp Hạn chế ô nhiễm phát sinh tại bãi chôn lấp hiện nay, góp phần bảo vệ môi trường sạch đẹp cho thị xã.

- Các phân xưởng được xây dựng sắp xếp khoa học và hợp lý, tạo điều kiện dễ dàng cho công nhân làm việc cũng như việc sản xuất đạt hiệu quả nhất

- Khâu phân loại đầu vào rất chặt chẽ và nghiêm ngặt được thực hiện bằng tay, kết hợp với máy móc một cách hợp lý Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với chất lượng phân thành phẩm

- Công nghệ máy móc với các thiết bị hoàn chỉnh dễ vận hành, chế tạo và thay thế Trong nhà máy bao gồm cả phân xưởng cơ khí tạo điều kiện cho việc bảo trì sửa chữa các thiết bị máy móc được nhanh chóng, dễ dàng và thuận tiện

- Đảm bảo vệ sinh trong và ngoài nhà máy, có hệ thống thu hồi nước rỉ rác tại khâu phân loại và ủ hiếu khí để sử dụng hồi ẩm, phục vụ cho quá trình ủ lên men, không gây ảnh hưởng đến tầng nước ngầm

- Trong qui trình sản xuất nhà máy có sử dụng các chế phẩm sinh học để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng phân bón

- Có qui trình công nghệ tái chế tạo ra nguồn lợi nhuận từ việc tái chế và sản xuất hạt nhựa, phôi nhựa, bao bì từ rác thải, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, tránh sử dụng lãng phí tài nguyên, vì đây là những vật liệu có thời gian phân hủy khá dài, nếu đem chôn lấp

- Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí về năng lượng không quá cao

- Trình độ vận hành của công nhân không đòi hỏi cao

* Nhược điểm:

- Ở khâu sản xuất mùn tinh, bụi sinh ra từ hệ thống sàng rung gây ảnh hưởng không tốt đến môi trường làm việc cũng như sức khỏe công nhân

- Khâu phân loại rác đầu vào tại nhà máy, tuy đã có sự tham gia của máy móc nhưng phần lớn vẫn là phân loại thủ công do công nhân đảm nhiệm Điều này làm tốn nhiều thời gian sản xuất, đồng thời ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân.

- Tốn mặt bằng xây dựng

II.2.2.3 Mô hình ủ compost trong thiết bị kín

Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng hiện đang nghiên cứu và áp

dụng tại TX Sơn Tây, theo phân loại là một trong những mô hình hiện đại tương tự như các mô hình công nghệ của Hoa Kỳ

Thiết bị ủ compost kín kiểu đứng được thiết kế theo nguyên lý hoạt động liên tục, vật liệu ủ được nạp vào hàng ngày qua cửa nạp liệu ở phía trên và tháo liệu từ phía đáy của thiết bị Quá trình ủ compost diễn biến qua các giai đoạn dọc theo chiều đứng của thiết bị Việc thông khí trong quá trình ủ compost được hỗ trợ nhờ hệ thống các ống phân phối đều bên trong thiết bị Quạt hút bố trí ở phía trên tạo sự chênh lệnh áp suất, nhờ đó khối ủ compost cũng được thông khí dọc theo chiều đứng của thiết bị và theo hướng đối lưu từ dưới lên trên Toàn bộ khí thải quá trình ủ compost được thu hồi và xử lý bằng “biofilter” giúp bảo vệ môi trường tốt hơn Loại mô hình

ủ compost này có nhiều ưu điểm, thuận tiện trong việc vận hành tự động, giảm yêu cầu diện tích nhà xưởng bởi tận dụng chiều cao thiết bị Quá trình vận chuyển của vật liệu trong thiết bị nhờ trọng lực, thông khí cũng chủ yếu nhờ hiệu ứng đối lưu tự nhiên giúp giảm chi phí vận hành Cấu trúc vận động của khối ủ bên trong thiết bị tạo ra các vùng hoạt động tối ưu tương ứng với các giai đoạn của quá trình ủ compost, giúp tăng cường hiệu quả, giảm thời gian quy trình và đảm bảo yêu cầu chất lượng đối với sản phẩm Thiết bị kiểu kín cũng giúp kiểm soát tốt hơn các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật, dễ dàng kiểm soát mùi hôi Ngoài ra hệ thống được kết nối từ các thiết bị đơn vị thành module, thuận lợi cho việc chế tạo, lắp đặt hay nâng cấp mở rộng công suất, v.v

Công nghệ AN SINH -_ASC và SERAPHIN sẽ được các cơ quan quản lý chức năng thẩm định, đánh giá, Nhà nước sẽ hỗ trợ kinh phí để hoàn thiện cho phù hợp với điều kiện Việt Nam và sau đó sẽ nhân rộng áp dụng trong cả nước

Trên đây là những thông tin và kinh nghiệm thực tiễn về phương pháp và công nghệ ủ compost đang áp dụng trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay Những nội dung trao đổi này cũng giúp làm cơ sở tư vấn trong việc lựa chọn một mô hình công nghệ ủ compost phù hợp

Hình: Công nghệ Seraphin

II.3 Các phương pháp sản xuất Compost

II.3.1 Phương pháp ủ theo luống dài:

Phương pháp ủ compost ngoài trời là phương pháp được ứng dụng phổ biến nhất, vì phương pháp này là điển hình của phương pháp ủ phân qui mô lớn, cũng thường là tiêu chuẩn để các phương pháp khác làm so sánh

Phương pháp ủ compost ngoài trời là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được đổ thành từng luống ủ hẹp dài hoặc đống nhỏ Các luống ủ này được làm thoáng bằng các phương tiện thụ động như khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt Để hỗ trợ cho thoáng khí thụ động, các luống ủ này phải được xới trộn lên đều đặn Xới trộn là một cách

biệt Trong thực tế, số lần trộn và thời gian giữa các lần trộn rất khác nhau khoảng 3 hoặc 4 lần trong 6 đến 12 tháng cho tới 40 lần trong vòng 2 tháng.

Việc xáo trộn và cung cấp nguồn dưỡng chất, làm nguyên liệu đồng nhất trong luống ủ; giải phóng gas và nhiệt; giải phóng nước, chất dinh dưỡng và vi sinh ra khỏi luống ủ; trao đổi khí từ môi trường oxy mát trên bề mặt luống ủ đến nơi oxy thiếu và ấm hơn gần trung tâm luống Tùy thuộc vào sự cung cấp nguồn dưỡng chất và sự thâm nhập của thiết bị trộn, việc xới trộn cũng làm nhỏ đi kích thước hạt Người ta thường nói rằng, việc xới trộn sẽ làm thoáng khí các luống ủ Điều này đúng nhưng chỉ đúng với qui mô ủ giới hạn, mặc dù việc xới trộn bổ sung không khí sạch và oxy, vi sinh tiêu thụ oxy trong nhiều giờ Giữa các lần xới trộn, các luống ủ phải thông khí thụ động để duy trì hiếu khí Hơn nữa, việc xới trộn nguyên liệu xốp trong luống ủ làm gia tăng trạng thái xốp, giảm độ nén, và làm cho việc thoáng khí tự động trở nên hiệu quả hơn Michel et al (1996) cho rằng điều này không cần thiết trong trường hợp thử nghiệm xới trộn luống ủ trên sân phơi được xếp ngăn nắp, độ nén của các đống ủ tăng lên sau khi xới trộn – luống ủ trở nên nhỏ hơn sau khi xới Tính hiệu quả của việc xới trộn trên các đống ủ có độ nén phụ thuộc vào việc cung cấp nguồn dưỡng chất và giai đoạn ủ COMPOST Nếu mất nguyên liệu dễ vỡ như lá cây, việc xới trộn làm giảm kích thước hạt và làm tăng độ nén đống ủ Đối với nguyên liệu đã cô đặc như phân hoặc phân gần thành compost, việc xáo trộn làm giảm độ nén đống

ủ Tuy nhiên, hiệu quả chỉ có thể kéo dài trong vài ngày tới khi nguyên liệu được xới trộn nén xuống và trở nên nhỏ hơn Do đó, nếu không xới trộn thường xuyên, hiệu quả xáo trộn làm thoáng sẽ rất thấp Các luống ủ được quản lý theo mục tiêu và sự

ưu tiên của người vận hành và nhà quản lý nhà máy Vì vậy, ở một vài hệ thống ủ phân được xới trộn không thường xuyên khi người vận hành không có thời gian và thời tiết tốt Mặt khác, công tác xới trộn hầu như xảy ra mỗi ngày dựa trên kết quả đo

nồng độ CO2 và nhiệt độ Hình thức phổ biến là xới trộn luống ủ theo điều kiện nhiệt độ.

- Các luống ủ và mặt bằng dùng để xới trộn chiếm một diện tích rất lớn và do

đó sẽ rất tốn kém khi xây dựng mái che;

- Điều kiện hiếu khí không được duy trì liên tục trong các luống ủ Do đó, đôi

khi các luống ủ bị tình trạng kị khí và có mùi hôi bên trong

II.3.2 Phương pháp ủ trong container

Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container, túi đựng hoặc trong nhà Thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho phương pháp này Có nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng xoay…

Trong bể di chuyển theo phương ngang, vật liệu được ủ trong một hoặc nhiều phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ thì được áp dụng Vật liệu ủ được di chuyển liên tục theo chiều dài ngăn phản ứng trong suốt quá trình

Trong container thổi khí, vật liệu ủ được chứa đựng trong các container khác nhau, như thùng chứa chất thải rắn hoặc túi polyethylene…thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho quá trình ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn trong container Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ thường được trộn ở bên ngoài trời, sau đó cho vào

lại container Trong thùng xoay, vật liệu được ủ trong một cái thùng xoay chậm theo phương ngang có thổi khí cưỡng bức.

* Ưu điểm

- Nhạy cảm với điều kiện thời tiết;

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

- Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời;

- Nhu cầu diện tích nhỏ hơn các phương pháp ủ khác;

- Chất lượng compost tốt hơn các phương pháp ủ khác

* 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

II.3.3 Phương pháp ủ theo đống thổi khí thụ động

Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động là một phương pháp quản lý đơn giản được ứng dụng cho nguyên liệu phân hủy chậm như lá rụng, cành cây, vỏ cây, mảnh vụn gỗ, và một số phế phẩm nông nghiệp Phương pháp này được trình bày trong một số cẩm nang và sách hướng dẫn đề cập đến việc tái sinh các các nguyên liệu đặc biệt này

Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động sử dụng cách làm compost nhẫn nại, chủ yếu dựa trên việc thông khí thụ động, phân hủy tự nhiên và thời gian để sản xuất compost, trong đó có một vài thao tác qui trình được thực hiện Một số đống ủ có thể được kết hợp và pha trộn lên để điều chỉnh độ ẩm, độ xốp, độ nén và/hoặc tỷ lệ C/N, nhưng một khi đã tạo thành đống dài thì chúng sẽ không được xáo trộn trong vài tháng Thông thường, các đống ủ được kết hợp sau khi chúng giảm thể tích xuống và sẽ được xáo trộn đều đặn bằng xe xúc (ví dụ 1 tới 3 lần tháng) Hầu

hết các đống ủ là các đống trải ra tự nhiên Các đống ủ này tương đối to, thường cao từ 2 đến 5 mét Thông thường chiều rộng gần gấp 2 lần chiều cao Chiều dài đống ủ không ảnh hưởng tới quá trình ủ phân.

* Ưu điểm

- Đây là phương pháp ủ compost mang lại thành công và kinh tế nhất nếu có đủ không gian và thời gian và nếu mùi hôi không bị chỉ trích

* Nhược điểm

- Chiếm diện tích mặt bằng khá lớn;

- Mất nhiều thời gian để phân hủy, thường từ 1 tới 3 năm;

- Ủ tĩnh trong khoảng thời gian dài sinh ra mùi hôi

II.3.4 Phương pháp ủ theo đống thổi khí cưỡng bức

Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức được phát triển vào những năm 1970 bởi nhóm nghiên cứu Phòng Nông Nghiệp Mỹ (USDA) để làm compost sinh học thể rắn từ các nhà máy xử lý nước thải (Willson, 1980) Trong đó, phương pháp thổi khí cưỡng bức được ứng dụng để làm giảm thời gian qui trình công nghệ và cũng giảm đi mùi hôi sinh ra từ chất thải rắn sinh học Nó trở thành phương pháp điển hình làm compost chất thải rắn sinh học và được ứng dụng cho nguồn nguyên liệu rắn nhiều hơn các nguồn nguyên liệu khác Phương pháp này có nhiều biến đổi, đặc biệt là ở phần công nghệ điều khiển nhưng căn bản vẫn giống nhau

Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức sử dụng quạt để làm thoáng khí và thông gió nguyên liệu làm compost Không có hoạt động xới trộn ngoại trừ việc di dời nguyên liệu Các đống ủ được xây dựng phía trên đỉnh của hệ thống thông gió cung cấp và phân phối không khí cho nguyên liệu Thông gió cưỡng bức cung cấp khí oxy, làm mát đống ủ, thoát hơi nước và giải phóng CO2 và các chất bị phân hủy khác

- Đây là phương pháp ứng dụng hiệu quả và đã được kiểm chứng;

- Giống phương pháp ủ ngoài trời, ứng dụng kỹ thuật đơn giản, chiếm mặt bằng ít hơn vàđược hỗ trợ thông gió chắc chắn hơn phương pháp thông gió thụ động, kể cả ủ ngoài trời;

- Rút ngắn thời gian ủ thành compost

* Nhược điểm

- Chi phí vận hành và bảo trì cao;

- Chi phí đầu tư tương đối cao;

- Chỉ thích hợp với chất thải rắn

II.3.5 Phương pháp ủ dạng Silo hoặc tháp phản ứng

Hệ thống ủ compost kiểu silo dùng một hoặc nhiều bình đứng loại lớn hoặc silo, trongđó nguyên liệu làm compost di chuyển từ trên đỉnh xuống đáy silo

Hình: Mô hình thiết bị dạng Silo

Hoạt động bắt đầu khi một máy khoan hoặc cơ cấu khác lấy ra một phần compost từ phía đáy ra khỏi silo Nguyên liệu phía trên dịch chuyển xuống phía dưới và hỗn hợp dưỡng chất mới được châm vào khoảng trống được tạo ra phía trên của silo Mặc dù, nguyên liệu bên trong silo chuyển động, nhưng chúng cũng không được xáo trộn tốt Do đó, nguyên liệu phải được trộn đều trước khi nạp vào silo Thông thường nguyên liệu được lưu giữ trong silo từ 10 đến 30 ngày Hầu hết, các hệ thống silo được làm thoáng bằng quạt Không khí làm thoáng thường được cấp vào phía đáy và di chuyển ngược lên thông qua nguyên liệu làm phân trong silo Khí này được thu tại đỉnh và thoát ra ngoài thông qua lọc sinh học Khi không khí đi từ lớp nguyên liệu phía dưới lên cuốn theo nhiệt, hơi ẩm và khí CO2 Do đó, không khí bị mất đi hiệu quả của chúng là phải cấp oxy và làm mát, vì thế rất khó để duy trì điều kiện ủ compost đồng bộ suốt chiều sâu Để khắc phục được nhược điểm này, một số hệ thống sử dụng một bộ ống thông khí hẹp đặt phía dưới bên trong silo để đưa vào bên trong silo không khí sạch tại các độ sâu khác nhau.

* Ưu điểm

- Vận hành tự động;

- Hiệu quả xử lý cao;

- Chiếm ít diện tích;

- Thời gian xử lý ngắn;

- Khí sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học được xử lý trước khi thoát ra ngoài

* Nhược điểm

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn;

- Chi phí vận hành cao;

- Vận hành phức tạp

II.4 Lợi ích của Compost

- Tiết kiệm tối đa đất sử dụng làm bãi chôn lấp chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và các vấn đề phát sinh từ rác thải từ các bãi chôn lấp.

- Giải quyết có hiệu quả các vấn đề về rác thải đô thị, thu hồi tối đa các vật liệu có thể tái chế như giấy bìa, thủy tinh, sắt thép… Sản xuất được hat nhựa, phôi nhựa, bao bì từ rác thải Chế biên phân hữu cơ vi sinh từ CTR hữu cơ, phục vụ cho nông nghiệp

- Chứng minh rác thải không phải là 1 thứ bỏ đi mà là 1 nguồn tài nguyên cần được nhìn nhận, khai thác và sử dụng, góp phần tạo nên môi trường xanh, sạch, đẹp chi thị xã Phan Rang

II.4.2 Đối với xã hội

Giải quyết công ăn việc làm cho hàng trăm lao động địa phương

Tạo ý thức cho người dân về công tác bảo vệ môi trường và tầm quan trọng của việc xử lý rác thải thành các sản phẩm có ích

Giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của bãi rác đến đời sống cộng đồng

II.4.3 Đối với kinh tế

Đây là giải pháp công nghệ được áp dụng thành công tại Ninh Thuận, mang lại hiệu quả cao, chi phí đầu tư thấp nhât so với các giải pháp xử lý CTR khác

Giảm nguồn chi ngân sách của tỉnh hàng năm về hoạt động thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt

II.4.4 Đối với nông nghiệp

Tái sử dung lượng chất hữu cơ có trong thành phần rác thải chế biến COMPOST chất lượng cao, phục vụ cho sản xuất nông nghiệp

Cải tạo đất bac màu, tăng năng suất và chất lượng nông sản, hạn chế sâu

bệnh, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông dân

II.5 Chủng vi sinh vật

II.5.1 Phanerochaete chrysosporium:

- Loài : Phanerochaete chrysosporium

Phanerochaete chrysosporium là một trong những nấm tạo thành lớp trắng trên

gỗ và phân hủy gỗ Loài nấm này không bao giờ hình thành tai nấm trong chu kỳ sinh sản mà là hình thành những quả thể dẹp lan ra, xuất hiện ở mặt bên dưới của khúc gỗ như mạng nhện Hệ thống enzyme phân hủy lignin của nấm này làm cho nó trở nên rất đặc biệt Để hiểu về hệ thống này, ta cần phải biết rằng thành phần chủ yếu của

gỗ là cellulose có màu trắng và lignin có màu nâu Loài Phanerochaete tạo ra mục trắng trên gỗ Phanerochaete chrysosporium có một số đặc điểm rất hữu dụng.

Hình: Phanerochaete chrysosporium mọc trên thân keo tai tượng

Nó thích nghi với nhiệt độ tương đối cao (khoảng 400C), nghĩa là nó có thể mọc trên những lát gỗ ủ thành những đống compost có nhiệt độ khá cao Những tính chất này cho thấy nấm này là một đối tượng tốt của công nghệ sinh học.

Một số enzyme phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium cũng phân

hủy được các chất thải độc hại như PCB’s (polychlorinated biphenyl) và PCP’s (pentachlorophenol)

Nấm mục trắng thường tìm thấy nhiều trên thực vật hạt kín hơn là thực vật hạt trần trong tự nhiên Thường thì các đơn vị syringyl (S) của lignin dễ bị tấn công hơn các đơn vị guaiacyl (G) Trong sợi gỗ, lớp lamella trung tâm chứa nhiều lignin G, trong khi ở vách tế bào thứ cấp thì lại chứa nhiều lignin S

Không giống như cellulose và hemicellulose, lignin không phải chủ yếu thẳng hàng mà là một polymer thơm không tương đồng và phức tạp, gồm những đơn vị phenylpropanol Nấm mục trắng được biết như là những sinh vật có thể phân hủy hoàn toàn lignin thành carbon dioxide và nước Những năm gần đây người ta quan tâm nhiều đến sinh hoá học và di truyền học phân tử của sự phân hủy lignin thông

qua những nghiên cứu chủ yếu trên nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium.

Hệ thống phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium không bị cảm ứng

bởi lignin mà nó xuất hiện trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của quá trình nuôi cấy tức là khi sự tăng trưởng sơ cấp dừng lại do sự giảm một số thành phần dinh dưỡng Sự chuyển hoá thứ cấp khởi đầu khi có sự hạn chế các chất như nitrogen, carbon hay sulphur nhưng không hạn chế phosphor Sự điều hoà chuyển hoá thứ cấp bao gồm sự phân hủy lignin được liên kết với chuyển hoá glutamate Khi nuôi cấy nấm trong môi trường giới hạn nitrogen thì sự phân hủy lignin xảy ra Trong sự liên kết này, Kirk và Fenn (1982) đã nghiên cứu rằng sự phân hủy lignin là một sự kiện chuyển hoá thứ cấp do hàm lượng nitrogen của gỗ thấp Chẳng bao lâu sau khi nấm mục trắng tấn

công gỗ, nitrogen sẽ bị thiếu và sự chuyển hoá thứ cấp bao gồm sự phân hủy lignin sẽ bắt đầu.

Mặc dù liên quan giữa sự hạn chế nitrogen và sự phân hủy lignin bởi nấm mục trắng là phổ biến, nhưng đó không phải luôn luôn là quy luật Do đó người ta có thể thêm nitrogen vào cho một nấm mục trắng nào đó trong các ứng dụng công nghệ sinh học khác nhau nhằm sử dụng lignin hay những hợp chất liên quan đến lignin có thể tăng hiệu quả của những nấm này

Người ta cho rằng có hai enzyme giữ vai trò chủ đạo trong việc polymer hoá lignin bao gồm 2 peroxidase nhân heme ngoại bào, đó là manganese peroxidase và lignin peroxidase cùng một hệ thống tạo ra H2O2 Tuy nhiên nấm mục trắng tiết ra

một tổ hợp các peroxidase và oxidase Trametes versicolor và Phlebia radiate có thể tạo ra một hay nhiều laccase cùng với LiP và MnP Pleurotus sajor-caju tiết ra một aryl alcohol oxidase, một laccase và một số peroxidase Bjerkenderu adusta tiết ra một aryl alcohol oxidase Rigidoporus lignosus và Dichomitus squalens tiết ra một

laccase và và một MnP Do đó, nhiều loại enzyme oxy hoá có thể được nấm mục trắng sử dụng trong sự phân hủy lignin Tuy nhiên một thành phần chủ yếu trong hệ thống phân hủy lignin của tất cả các nấm mục trắng chính là nguồn H2O2 Hai enzyme có liên quan đến hệ thống này là: MnP có thể hình thành H2O2 từ O2 khi có mặt của NADH, NADPH hay glutathione; và glyoxal oxidase (GLOX), một enzyme

mới được tạo ra trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của Phanerochaete

chrysosporium và hoạt động bởi LiP thêm vào veratryl alcohol.

Do sự phức tạp trong cấu trúc của lignin như sự có mặt của các liên kết trong những đơn vị khác nhau, sự bất thường trong sắp xếp của chúng… nấm phân hủy lignin không tạo ra enzyme có thể nhận ra và phân cắt tất cả những cấu trúc này Nấm mục trắng đã giải quyết vấn đề này bằng sự tạo ra những enzyme có tính

đầu trong sự depolymer hoá lignin bằng nấm mục trắng được xúc tác bằng enzyme không chuyên hoá dẫn tới một chuỗi phản ứng đa dạng Sự oxy hoá không chuyên hoá của lignin được Kirk và Farrell gọi là quá trình “đốt cháy bằng enzyme”.

Đến năm 1928, những nghiên cứu cho thấy tất cả các nấm mục trắng có hoạt động phenoloxidase ngoại bào Kể từ phát hiện đó, vai trò của phenoloxidase (gồm peroxidase và laccase) trong sự phân hủy lignin được tranh luận nhiều hơn Một nghiên cứu kỹ về những enzyme ngoại bào kết hợp với sự phân hủy lignin dẫn tới sự

khám phá ra peroxidase ngoại bào ở Phanerochaete chrysosporium Ngày nay người

ta cho rằng hệ thống phân hủy lignin trong Phanerochaete chrysosporium bao gồm

một tập hợp các enzyme là lignin peroxidase, manganese peroxidase và những enzyme tạo ra H2O2 Ngoài ra còn có một enzyme phân hủy lignin khác là laccase

không được tạo ra bởi Phanerochaete chrysosporium nhưng được hình thành do nhiều

nấm mục trắng khác

Năm 1983, có 2 nhóm nghiên cứu công bố về sự khám phá ra hoạt động của một enzyme ngoại bào đòi hỏi sự có mặt của H2O2 gọi là lignin peroxidase Lignin peroxidase được mô tả là một glycoprotein chứa khoảng 15% carbohydrate và một nhóm phụ protoporphyrin sắt IX (heme)

Lignin peroxidase có trọng lượng phân tử 41.000-42.000 và pH tối thích = 2; dưới pH này, enzyme không ổn định Họ lignin peroxidase chứa nhiều isozyme, số lượng isozyme khác nhau đối với từng chủng nấm, điều kiện nuôi cấy và kỹ thuật tinh sạch, kỹ thuật phân đoạn Hoạt độ của enzyme này được đo bằng sự oxy hoá veratryl alcohol cho ra veratraldehyde ở bước sóng 310nm Lignin peroxidase không có cơ chất chuyên biệt, nó có thể oxy hoá những hợp chất lignin và liên quan đến lignin (có rượu hay không rượu), kết quả là phân cắt nối carbon α và carbon β, nối aryl carbon α, mở vòng thơm, oxy hoá rượu và demethoxyl hoá

Enzyme rất mẫn cảm nên dễ bị bất hoạt bởi H2O2 và hoạt động của nó cũng dễ

bị ức chế bởi những thành phần của môi trường lignocellulose như acid ferulic Veratryl alcohol tăng cường hoạt động của lignin peroxidase trên nhiều cơ chất lignin bằng cách hoạt động như một chất trung gian hay bằng cách bảo vệ enzyme chống lại sự bất hoạt Hệ thống enzyme của sự phân hủy lignin đại phân tử phải đương đầu với nhiều khó khăn mới có thể hoạt động Cơ chất là một polymer lớn không tương đồng đòi hỏi phải được tấn công bằng những tác nhân hoặc enzyme ngoại bào Lignin không chứa những liên kết có thể thủy phân, điều này có nghĩa là các enzyme phải là enzyme oxy hoá

Những enzyme ngoại bào liên quan đến sự phân hủy lignin là lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP), laccase Thêm vào đó là các enzyme sản xuất ra hydrogen peroxide; glyoxal oxidase (GLOX) và aryl alcohol oxidase (AAO) thuộc nhóm này

Các enzyme liên quan đến sự phân hủy lignin và những phản ứng chính của chúng.

chất môi giới

Phản ứng hay ảnh hưởng chính

Lignin peroxidase

( LiP)

H2O2, veratryl alcohol Oxy hoá vòng thơm

thành gốc cation

Manganese peroxidase

(MnP)

H2O2, Mn, acid hữu cơ như chelator, thiols, các lipid không bão hoà

Oxy hoá Mn(II) thành Mn(III), oxy hoá chelated Mn(III) các hợp chất phenolic thành các gốc phenoxyl; các phản ứng khác với sự hiện diện của các hợp chất thêm vào