đánh giá khả năng xử lý và hiệu quả kỹ thuật của việc xử lý rác bằng phương pháp ủ phân compost và nuôi trùn quế

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu2.4 Đặc điểm của các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy các chất hữu cơ .... Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài li

Trang 1

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ VÀ HIỆU QUẢ KỸ THUẬT CỦA VIỆC XỬ LÝ RÁC

BẰNG PHƯƠNG PHÁP

Ủ PHÂN COMPOST VÀ NUÔI TRÙN QUẾ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Th.s Lê Hoàng Việt Trần Mai Khanh 1040803

Trần Thị Tuyết Linh 1040809

Cần Thơ, tháng 10/2008

Trang 2

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG -o0o -

Cần Thơ, ngày 26 tháng 10 năm 2008

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NĂM HỌC 2008 - 2009

1 Họ và tên cán bộ hướng dẫn: Th.s LÊ HOÀNG VIỆT

2 Tên đề tài: Đánh giá khả năng xử lý rác bằng phương pháp ủ phân compost và nuôi

trùn quế

3 Địa điểm thực hiện: Các phòng thí nghiệm, nhà ủ phân của bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường –

Khoa Môi Trường và TNTN – Trường Đại học Cần Thơ

4 Sinh viên thực hiện: Trần Mai Khanh MSSV: 1040803

Lớp Kỹ Thuật Môi Trường khóa 30

5 Mục đích đề tài: Ủ phân compost và nuôi trùn quế

6 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:

- Nội dung chính:

So sánh khả năng xử lý rác của trùn quế với 2 dạng thức ăn:

+ Rác sau ủ hiếu khí

+ Rác sau ủ yếm khí

- Giới hạn đề tài: Rác hữu cơ sử dụng cho thí nghiệm là rác chợ

7 Các yêu cầu hỗ trợ: Các phương tiện, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm

8 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 800.000 đồng

DUYỆT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ

Ths Lê Hoàng Việt Trần Mai Khanh

DUYỆT CỦA BỘ MÔN DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI VÀ XÉT TỐT NGHIỆP

Trang 3

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TNTN Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG -o0o -

Cần Thơ, ngày 26 tháng 10 năm 2008

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NĂM HỌC 2008 - 2009

1 Họ và tên cán bộ hướng dẫn: Th.s LÊ HOÀNG VIỆT

2 Tên đề tài: Đánh giá hiệu quả kỹ thuật xử lý rác bằng phương pháp ủ phân compost và

nuôi trùn quế

3 Địa điểm thực hiện: Các phòng thí nghiệm, nhà ủ phân của bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường – Khoa Môi Trường và TNTN – Trường Đại học Cần Thơ

4 Sinh viên thực hiện: Trần Thị Tuyết Linh MSSV: 1040809

Lớp Kỹ Thuật Môi Trường khóa 30

5 Mục đích đề tài: So sánh hiệu quả kỹ thuật của việc xử lý rác trước và sau khi nuôi trùn quế

6 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:

- Nội dung chính:

+ So sánh thành phần dinh dưỡng của rác trước và sau ủ hiếu khí – yếm khí

+ So sánh thành phần dinh dưỡng của chất nền nuôi trùn với các loại thức ăn khác nhau + So sánh thành phần dinh dưỡng của phân trước và sau khi nuôi trùn

- Giới hạn đề tài: Rác hữu cơ sử dụng cho thí nghiệm là rác chợ

7 Các yêu cầu hỗ trợ: Các phương tiện, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm

8 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 800.000 đồng

DUYỆT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ

Ths Lê Hoàng Việt Trần Thị Tuyết Linh

DUYỆT CỦA BỘ MÔN DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI VÀ XÉT TỐT NGHIỆP

Trang 4

Trong thời gian đào tạo tại trường, nhà trường đã luôn tạo điều kiện cho các sinh viên thực hiện các ý tưởng nghiên cứu của mình qua các đề tài, và cơ bản nhất

là đề tài tốt nghiệp Đây chính là cơ hội tốt để các sinh viên có thể áp dụng có hệ thống những kiến thức đã tiếp thu được trong suốt quá trình học tập vào thực tế, đồng thời có thể biến ước mơ của mình thành hiện thực qua các nghiên cứu nhỏ

Với thời gian thực hiện đề tài hơn 4 tháng, không chỉ riêng chúng tôi mà hầu hết các sinh viên khác đều gặp không ít khó khăn và rủi ro trong quá trình thực hiện thí nghiệm Tuy nhiên, với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy Cô và các bạn sinh viên lớp Kỹ Thuật Môi Trường K30, tất cả chúng tôi đều đã cố gắng để hoàn thành tốt luận văn của mình Qua đây chúng tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn sâu sắc đến các cá nhân, tập thể đã giúp chúng tôi hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Hoàng Việt – cán bộ hướng dẫn luận văn –

đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng tôi thực hiện luận văn; Các Thầy Cô trong phòng thí nghiệm của bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên; Các bạn trong lớp Kỹ Thuật Môi Trường K30 đã nhiệt tình giúp đỡ, chia sẻ khó khăn với chúng tôi trong suốt thời thực hiện luận văn

Trong thời gian qua, chúng tôi đã cố gắng hoàn thành tốt luận văn của mình, tuy nhiên đây là nghiên cứu đầu tay, kinh nghiệm còn non kém nên chắc hẳn vẫn còn nhiều thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý nhiệt tình của quý Thầy

Cô và các bạn để luận văn được hoàn chỉnh hơn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

TRẦN MAI KHANH TRẦN THỊ TUYẾT LINH

Trang 5

Ở các đô thị lớn của Việt Nam, rác thải đã và đang gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Việc lựa chọn công nghệ xử lý rác như thế nào để đạt hiệu quả cao, không gây nên những hậu quả xấu về môi trường trong tương lai và ít tốn kém chi phí luôn là nỗi bức xúc của các ngành chức năng Có rất nhiều phương pháp xử lý rác, phương pháp đơn giản nhất và đang được áp dụng là chôn lấp rác, tuy nhiên phương pháp hiệu quả, thân thiện với môi trường và có thể áp dụng lâu dài là phương pháp phân hủy sinh học Với lượng rác thải ngày càng tăng như hiện nay, không dễ gì tìm được những khu đất đủ rộng để chôn lấp Hơn nữa, đem rác đi chôn là một việc làm bất đắc dĩ vì những hậu quả lâu dài của nó khó có thể lường hết được như: ô nhiễm nguồn nước ngầm do nước rác rò rỉ thấm xuống, phát sinh các khí độc hại…

Với thực trạng trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Đánh giá khả năng xử lý

và hiệu quả kỹ thuật của việc xử lý rác bằng phương pháp ủ phân compost và nuôi trùn quế” Qua đề tài này, chúng tôi hy vọng tìm được giải pháp quản lý và xử

lý phù hợp cho loại rác thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học Mục tiêu chính của đề tài chúng tôi đó là: rác qua xử lý hiếu khí và yếm khí cho hoai một phần để nuôi trùn quế, nhằm rút ngắn thời gian ủ rác và nâng cao chất lượng phân đầu ra làm phân bón phục vụ sản xuất nông nghiệp

Với mục tiêu trên, chúng tôi tiến hành 3 thí nghiệm:

- Thí nghiệm 1: Rác thải được xử lý bằng phương pháp ủ phân compost hiếu khí cho hoai một phần để nuôi trùn quế

- Thí nghiệm 2: Rác thải được xử lý bằng phương pháp ủ phân compost yếm khí cho hoai một phần để nuôi trùn quế

- Thí nghiệm 3: Lựa chọn chất nền và loại thức ăn thích hợp cho trùn quế sử dụng để cho ra sản phẩm cuối cùng là phân trùn và sinh khối trùn

Sau hơn 4 tháng thực hiện luận văn, chúng tôi ghi nhận kết quả như sau:

- Kết quả thí nghiệm 1

Trang 6

Nồng độ các chất có trong nước rỉ đều vượt TCVN 5945 – 2005, cần phải được xử lý trước khi thải ra môi trường

Nồng độ nitơ và phốtpho dễ tiêu sau quá trình ủ hiếu khí cao hơn so với nguyên liệu ủ ban đầu

Quá trình phân hủy yếm khí thu được lượng khí biogas đáng kể có thể phục

vụ cho sản xuất và sinh hoạt

Phân compost sau khi ủ hiếu khí trong thí nghiệm này chỉ có thể sử dụng làm thức ăn cho trùn, không thể làm chất nền cho trùn sinh sống Trùn có thể sử dụng thức ăn là phân compost sau ủ yếm khí để tăng trọng nhưng khả năng tăng trọng và sinh sản của trùn vẫn không bằng với việc nuôi trùn bằng phân dê (loại thức ăn mà trùn quế sử dụng khi mua trùn giống từ cơ sở nuôi trùn)

Trang 7

PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI

LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH BẢNG ix

DANH SÁCH HÌNH xii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Các vấn đề về chất thải rắn 2

2.1.1 Định nghĩa chất thải rắn 2

2.1.2 Một số tính chất của chất thải rắn 2

2.1.2.1 Các tính chất lý học 2

a) Ẩm độ 2

b) Trọng lượng riêng 3

c) Khả năng giữ nước 3

2.1.2.2 Các tính chất sinh học 4

a) Đặc tính chung 4

b) Khả năng phân hủy sinh học của các thành phần hữu cơ trong rác đô thị 4

c) Sự phát sinh mùi hôi 5

d) Sự sản sinh ruồi 6

2.1.3 Các phương pháp xử lý chất thải rắn 6

2.1.3.1 Phương pháp thiêu hủy (đốt) 6

2.1.3.2 Phương pháp chôn lấp 6

2.1.3.3 Phương pháp sinh học 7

a) Phương pháp ủ compost 7

b) Phương pháp nuôi trùn 8

2.2 Giới thiệu quá trình lên men hiếu khí 8

2.2.1 Các phản ứng sinh hóa trong quá trình ủ phân compost 8

2.2.2 Các điều kiện môi trường cần thiết cho quá trình ủ phân compost 10

a) Cân bằng về dinh dưỡng 10

b) Kích cỡ của nguyên liệu 11

c) Ẩm độ 12

d) Nhu cầu thông thoáng 12

e) Nhiệt độ và pH 12

2.3 Giới thiệu quá trình lên men yếm khí 13

2.3.1 Nguyên lý chung của quá trình phân giải yếm khí 13

2.3.2 Các phản ứng sinh hóa của quá trình lên men yếm khí 13

2.3.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí 16

a) Ảnh hưởng của nhiệt độ 16

b) pH và độ kiềm 16

c) Ảnh hưởng của độ mặn 17

d) Các chất dinh dưỡng 17

e) Ảnh hưởng của nhóm quần thể ban đầu 17

Trang 8

2.4 Đặc điểm của các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy các chất

hữu cơ 18

2.4.1 Các điều kiện cần thiết để vi sinh vật phát triển 18

a) Nước 18

b) pH môi trường 19

c) Ảnh hưởng của các chất hòa tan trong môi trường 19

d) Ảnh hưởng của nhiệt độ 19

e) Ảnh hưởng của hiệu thế oxy hóa khử 19

2.4.2 Các loài VSV tham gia vào quá trình phân giải các chất hữu cơ 19

2.5 Khí sinh học và bã thải sinh học 20

2.5.1 Khí sinh học – Biogas 20

2.5.1.1 Lợi ích của khí sinh học 20

2.5.1.2 Xử lý khí sinh học trước khi sử dụng 21

2.5.2 Bã thải sinh học 22

2.6 Giới thiệu các vấn đề liên quan 22

2.6.1 Chế phẩm Microphot 22

2.6.2 Trùn quế 22

2.6.2.1 Các đặc tính của trùn quế 22

2.6.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng khi nuôi trùn quế 23

2.6.2.3 Lợi ích của việc nuôi trùn quế 24

a) Lợi ích của trùn quế 24

b) Lợi ích của phân trùn (Vermicompost) 24

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 26

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện 26

3.2 Phương tiện thí nghiệm 26

3.2.1 Nguyên liệu thí nghiệm 26

3.2.1.1 Rác thải 26

3.2.1.2 Chế phẩm Microphot 27

3.2.1.3 Trùn quế 28

3.2.2 Mô hình thí nghiệm 29

3.2.2.1 Thí nghiệm 1: ủ phân compost hiếu khí 29

3.2.2.2 Thí nghiệm 2: ủ phân compost yếm khí 30

3.2.2.3 Thí nghiệm 3: nuôi trùn quế 32

3.2.3 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu 33

3.3 Các bước chuẩn bị đề tài 35

3.3.1 Chuẩn bị 35

3.3.2 Tiến hành thí nghiệm 35

3.3.2.1 Thí Nghiệm 1: Ủ phân compost hiếu khí 35

3.3.2.2 Thí Nghiệm 2: Ủ phân compost yếm khí 36

3.3.2.3 Thí Nghiệm 3: Nuôi trùn quế 37

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

4.1 Kết quả thí nghiệm 1: ủ phân compost bằng phương pháp hiếu khí 38

4.1.1 Kết quả ủ phân compost bằng phương pháp hiếu khí đợt 1 38

Trang 9

4.1.1.4 Trọng lượng riêng và thể tích (đợt 1) 42

4.1.1.5 Kết quả theo dõi nhiệt độ mẻ ủ hiếu khí mỗi ngày trong 30 ngày ủ rác (đợt 1) 42

4.1.1.6 Tính chất của nước rỉ sau quá trình ủ hiếu khí đợt 1 45

4.1.1.7 Chất lượng của phân compost sau quá trình ủ hiếu khí đợt 1 46

a) Nitơ tổng của mẻ ủ hiếu khí theo trọng lượng khô (đợt 1) 46

b) Phốtpho tổng của mẻ ủ hiếu khí theo trọng lượng khô (đợt1) 47

c) Nitơ dễ tiêu của mẻ ủ hiếu khí tính theo trọng lượng khô 48

d) Phốtpho dễ tiêu của mẻ ủ hiếu khí theo trọng lượng khô (đợt1) 49

e) Tổng Coliform và E.coli (đợt 1) 49

4.1.2 Kết quả ủ phân compost bằng phương pháp hiếu khí đợt 2 50

4.1.2.1 Đặc tính lý, hóa, vi sinh đầu vào của nguyên liệu ủ (đợt 2) 50

4.1.2.2 Nhận xét về hiện trạng của mẻ ủ trong quá trình ủ bằng cảm quan 51

4.1.2.3 Tỷ lệ C/N, pH và ẩm độ (đợt 2) 53

4.1.2.5 Kết quả theo dõi nhiệt độ mẻ ủ hiếu khí mỗi ngày trong 42 ngày ủ rác (đợt 2) 55

4.1.2.6 Tính chất của nước rỉ sau quá trình ủ hiếu khí (đợt 2) 57

4.1.2.7 Chất lượng của phân compost sau quá trình ủ hiếu khí đợt 2 58

a) Nitơ tổng và phốtpho tổng của mẻ ủ hiếu khí theo trọng lượng khô (đợt 2) 58

b) Nitơ dễ tiêu của mẻ ủ hiếu khí theo trọng lượng khô (đợt 2) 59

c) Phốtpho dễ tiêu của mẻ ủ hiếu khí theo trọng lượng khô (đợt2) 60

d) Tổng Coliform và E.coli (đợt 2) 60

4.2 Kết quả ủ phân compost bằng phương pháp yếm khí 62

4.2.1 Kết quả ủ phân compost bằng phương pháp yếm khí đợt 1 62

4.2.1.1 Tỷ lệ C/N, pH, ẩm độ (đợt 1) 63

4.2.1.3 Lượng Biogas và CH4 sinh ra hàng ngày trong quá trình phân hủy yếm khí (đợt 1) 65

a) Lượng khí Biogas sinh ra trong mẻ chỉ có rác và trong mẻ có sử dụng chế phẩm Microphot (đợt 1) 65

b) Lượng khí methane sinh ra trong mẻ chỉ có rác và trong mẻ có sử dụng chế phẩm (đợt 1) 66

c) Kết quả đo tổng thể tích khí sau 45 ngày (đợt 1) 67

4.2.1.4 Kết quả phân tích chất lượng phân compost yếm khí sau 45 ngày ủ (đợt1) 67

a) Tổng nitơ Kjeldhal theo trọng lượng khô 68

b) N dễ tiêu trong các nghiệm thức theo trọng lượng khô 68

c) P tổng theo trọng lượng khô (đợt 1) 69

d) P dễ tiêu theo trọng lượng khô (đợt 1) 70

Trang 10

4.2.2.2 Tỷ lệ C/N, pH, ẩm độ của rác sau ủ yếm khí (đợt 2) 71

4.2.2.3 Trọng lượng riêng và thể tích trước và sau khi ủ (đợt 2) 72

4.2.2.4 Lượng Biogas và CH4 sinh ra hàng ngày trong quá trình phân hủy yếm khí 73

a) So sánh thể tích Biogas sinh ra đối với 2 nghiệm thức ủ yếm khí (đợt 2) 73

b) So sánh thể tích CH4 sinh ra đối với 2 nghiệm thức ủ yếm khí (đợt 2) 74

c) Kết quả đo tổng thể tích khí sau 45 ngày ủ yếm khí (đợt 2) 75

4.2.2.5 Kết quả phân tích chất lượng phân compost YK sau 45 ngày ủ (đợt 2) 75

a) Tổng nitơ Kjeldhal theo trọng lượng khô 75

b) N dễ tiêu trong các nghiệm thức theo trọng lượng khô 76

c) P tổng theo trọng lượng khô 76

d) P dễ tiêu theo trọng lượng khô 77

e) Tổng Coliform và E.coli (đợt 2) 78

4.3 Kết quả thí nghiệm nuôi trùn quế 79

4.3.1 Tính chất của nguồn thức ăn được sử dụng để nuôi trùn quế 79

4.3.2 Nhận xét khả năng thích nghi của trùn quế đối với các loại chất nền khác nhau 80

4.3.3 Nhận xét về khả năng sử dụng các loại thức ăn của trùn quế 82

4.3.4 Chất lượng phân trùn sau khi sử dụng nguồn thức ăn là phân compost ủ yếm khí 83

a) Nitơ dễ tiêu (gồm N_NH4+ và N_NO3-) theo trọng lượng khô 83

b) P dễ tiêu theo trọng lượng khô 84

c) Tổng Coliform và E.coli 85

4.3.5 So sánh chất lượng phân trùn sau khi sử dụng thúc ăn là phân dê và phân compost yếm khí 86

a) Nồng độ N dễ tiêu trong phân trùn giữa 2 loại thức ăn 86

b) Nồng độ P dễ tiêu trong phân trùn giữa 2 loại thức ăn 86

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

5.1 Kết quả 88

5.2 Kiến nghị 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC I 92

PHỤ LỤC II 96

PHỤ LỤC III 103

PHỤ LỤC IV 107

PHỤ LỤC V 111

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Trang 11

BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh học

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học

Trang 12

Bảng 2.1 Tỉ số C/N của một số chất thải 10 Bảng 2.2 Thành phần các chất trong hỗn hợp khí của quá trình sinh

methane 15 Bảng 2.3 Sản lượng khí thu được từ các nguồn phân khác nhau 21 Bảng 3.1 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu nghiên

cứu của luận văn 33 Bảng 4.1 Các chỉ tiêu của rác thải chợ An Nghiệp được sử dụng trong

thí nghiệm ủ hiếu khí ( đợt 1) 39 Bảng 4.2 Theo dõi cảm quan trong quá trình ủ hiếu khí (đợt 1) 40 Bảng 4.3 Tỷ lệ C/N, pH và ẩm độ của phân compost ủ hiếu khí (đợt 1) 41 Bảng 4.4 So sánh về trọng lượng riêng và thể tích của phân compost

trước và sau ủ hiếu khí (đợt 1) 42 Bảng 4.5 Kết quả phân tích tính chất của nước rỉ sau ủ hiếu khí 30 ngày

(đợt1) 45

Bảng 4.6 Tổng Coliform và E.coli của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 49

Bảng 4.7 Các chỉ tiêu của rác thải chợ An Nghiệp được sử dụng trong

thí nghiệm ủ hiếu khí (đợt 2) 51 Bảng 4.8 Theo dõi cảm quan trong quá trình ủ hiếu khí (đợt 2) 52 Bảng 4.9 Kết quả phân tích tỷ lệ C/N, pH và ẩm độ của phân compost ủ

hiếu khí (đợt 2) 53 Bảng 4.10 So sánh trọng lượng riêng và thể tích phân compost trước

và sau ủ hiếu khí (đợt 2) 54

Trang 13

Bảng 4.12 Tổng Coliform và E.coli của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 2) 61

Bảng 4.13 Tỷ lệ C/N của vật liệu phối trộn 62 Bảng 4.14 Tỷ lệ C/N, ẩm độ, pH của phân compost sau ủ yếm khí (đợt

1) 63 Bảng 4.15 Trọng lượng riêng và thể tích của phân compost sau ủ yếm

khí 45 ngày (đợt 1) 64

Bảng 4.16 Tổng Coliform và E.coli trước và sau khi ủ yếm khí (đợt 1) 70

Bảng 4.17 Các chỉ tiêu của rác thải chợ An Nghiệp được sử dụng trong

thí nghiệm 71 Bảng 4.18 Tỷ lệ C/N, pH, ẩm độ của phân compost sau ủ yếm khí (đợt

2) 71 Bảng 4.19 Trọng lượng riêng và thể tích của phân compost sau ủ yếm

khí 45 ngày (đợt 2) 72

Bảng 4.20 Tổng Coliform và E.coli trước và sau khi ủ yếm khí (đợt 2) 78

Bảng 4.21 Tính chất của chất nền và nguồn thức ăn được sử dụng để

nuôi trùn quế trong thí nghiệm 80 Bảng 4.22 Một số đặc điểm của trùn quế khi sống trong các loại chất

nền khác nhau 81 Bảng 4.23 So sánh số lượng và khối lượng trùn sau khi nuôi bằng hai

loại chất nền (thức ăn cùng loại với chất nền) 82 Bảng 4.24 So sánh số lượng và khối lượng trùn sau khi nuôi bằng các

loại thức ăn (chất nền đều là phân dê) 82

Danh sách bảng phần phụ lục

Bảng II.1 Nhiệt độ phòng và nhiệt độ tại tâm của các mẻ ủ hiếu khí

(đợt 1) 96

Trang 14

Bảng II.3 Nhiệt độ phòng và nhiệt độ tại tâm của các mẻ ủ hiếu khí

(đợt 2) 99 Bảng II.4 Nhiệt độ trung bình các điểm xung quanh của các mẻ ủ hiếu

khí (đợt 2) 101 Bảng III.1 Thể tích Biogas và CH4 thu được sau quá trình ủ yếm khí

(đợt 1) 103 Bảng III.2 Thể tích Biogas và CH4 thu được sau quá trình ủ yếm khí

(đợt 2) 105 Bảng IV.1 Kết quả phân tích rác trước và sau khi ủ compost ủ hiếu khí

đợt 1 (tính theo trọng lượng khô) 111 Bảng IV.2 Kết quả phân tích rác trước khi ủ và chất lượng phân

compost ủ hiếu khí đợt 2 (tính theo trọng lượng khô) 112 Bảng IV.3 Kết quả phân tích rác trước khi ủ và chất lượng phân

compost ủ yếm khí đợt 1 (tính theo trọng lượng khô) 114 Bảng IV.4 Kết quả phân tích rác trước khi ủ và chất lượng phân

compost ủ yếm khí đợt 2 (tính theo trọng lượng khô) 115 Bảng IV.5 Kết quả phân tích phân trước và sau khi nuôi trùn bằng

compost ủ yếm khí (tính theo trọng lượng khô) 116 Bảng IV.6 Kết quả phân tích phân trùn khi nuôi bằng 2 loại phân khác

nhau (tính theo trọng lượng khô) 116 Bảng V.1 Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm

trong nước thải công nghiệp 117

Trang 15

Hình 2.1 Mối tương quan giữa nhiệt độ và các giai đoạn trong quá trình ủ

compost (trích từ Lê Hoàng Việt, 2005) 10

Hình 2.2 Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí (Mc.Carty(1981), trích dẫn từ Lê Hoàng Việt, 2005) 14

Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ 16

Hình 3.1 Sơ đồ chợ An Nghiệp và vị trí lấy rác 27

Hình 3.2 Mô hình bố trí ủ hiếu khí 30

Hình 3.3 Mô hình bố trí bộ ủ yếm khí 31

Hình 3.4 Các điểm đo nhiệt độ trong mẻ hiếu khí 36

Hình 4.1 Sự biến thiên nhiệt độ tại tâm và các điểm xung quanh trong mẻ ủ hiếu khí so với nhiệt độ phòng theo thời gian (đợt 1) 43

Hình 4.2 Sự biến thiên nhiệt độ tại tâm trong các mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 43

Hình 4.3 Sự biến thiên nhiệt độ ở các điểm xung quanh trong các mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 44

Hình 4.4 Lượng nitơ tổng của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 46

Hình 4.5 Lượng phốtpho tổng của mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 47

Hình 4.6 Nồng độ nitơ dễ tiêu (N_NH4+ và N_NO3-) của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 48

Hình 4.7 Nồng độ phốtpho dễ tiêu của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 49

Hình 4.8 Sự biến thiên nhiệt độ tại tâm và các điểm xung quanh trong mẻ ủ hiếu khí so với nhiệt độ phòng theo thời gian (đợt 2) 55

Hình 4.9 Sự biến thiên nhiệt độ tại tâm trong các mẻ ủ hiếu khí (đợt 2) 55

Hình 4.10 Sự biến thiên nhiệt độ ở các điểm xung quanh trong các mẻ ủ hiếu khí (đợt 2) 56

Trang 16

(đợt 2) 59

Hình 4.14 Nồng độ phốtpho dễ tiêu của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 2) 60

Hình 4.15 So sánh lượng Biogas trong mẻ yếm khí có chế phẩm và không có chế phẩm( đợt 1) 65

Hình 4.16 So sánh lượng CH4 trong mẻ yếm khí có chế phẩm và không có chế phẩm (đợt 1) 66

Hình 4.17 Tổng thể tích Biogas và CH4 sau 45 ngày ủ (đợt 1) 67

Hình 4.18 Lượng nitơ tổng của phân compost sau ủ YK (đợt 1) 68

Hình 4.19 Nồng độ N dễ tiêu của phân compost sau ủ yếm khí (đợt 1) 68

Hình 4.20 Lượng P tổng của phân compost sau ủ yếm khí (đợt 1) 69

Hình 4.21 Nồng độ P dễ tiêu yếm khí sau 45 ngày ủ (đợt 1) 70

Hình 4.22 So sánh thể tích Biogas thu được của 2 nghiệm thức ủ yếm khí (đợt 2) 73

Hình 4.23 So sánh thể tích CH4 thu được của 2 nghiệm thức ủ yếm khí (đợt2) 74

Hình 4.24 Tổng thể tích Biogas và CH4 thu được sau 45 ngày ủ yếm khí (đợt 2) 75

Hình 4.25 Lượng N tổng của phân compost sau ủ YK (đợt 2) 75

Hình 4.26 Nồng độ N dễ tiêu của phân compost sau ủ YK (đợt 2) 76

Hình 4.27 Lượng P tổng của phân compost sau ủ YK (đợt 2) 76

Hình 4.28 Nồng độ P dễ tiêu YK sau 45 ngày ủ (đợt 2) 77

Hình 4.29 So sánh nồng độ N dễ tiêu của phân compost yếm khí trước và sau khi nuôi trùn 83

Hình 4.30 So sánh nồng độ P dễ tiêu của phân compost yếm khí trước và sau khi nuôi trùn 84

Trang 17

Hình 4.32 So sánh nồng độ N dễ tiêu sau khi nuôi trùn bằng phân dê và

phân compost yếm khí 86

Hình 4.33 So sánh nồng độ P dễ tiêu sau khi nuôi trùn bằng phân dê và phân compost yếm khí 86

Danh sách hình phần phụ lục Hình I.1 Rác trước khi phân loại 92

Hình I.2 Rác sau khi phân loại và băm 92

Hình I.3 Rác ủ làm chất mồi hiếu khí 92

Hình I.4 Bố trí thí nghiệm ủ hiếu khí 92

Hình I.5 Ủ rác yếm khí nuôi trùn quế 92

Hình I.6 Phân compost hiếu khí đợt 1 92

Hình I.7 Trùn giống mua từ cơ sở trước khi nuôi 93

Hình I.8 Phân compost sau ủ hiếu khí và yếm khí làm chất nền nuôi trùn quế 93

Hình I.9 Bố trí thí nghiệm ủ yếm khí 94

Hình I.10 Bố trí thí nghiệm nuôi trùn quế 94

Hình I.11 Bố trí bộ bình ủ yếm khí 95

Hình I.12 Trùn quế sau khi nuôi bằng phân compost yếm khí 95

Hình IV.1 Lượng Biogas và CH4 trong mẻ yếm khí không có chế phẩm (đợt1) 107

Hình IV.2 Lượng Biogas và CH4 trong mẻ yếm khí có chế phẩm (đợt 1) 107

Hình IV.3 Lượng Biogas và CH4 trong mẻ yếm khí có chế phẩm (đợt 2) 108

Hình IV.4 Lượng Biogas và CH4 trong mẻ yếm khí không có chế phẩm (đợt2) 108

Hình IV.5 Nồng độ N dễ tiêu của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 1) 109

Hình IV.6 Nồng độ N dễ tiêu của các mẻ ủ hiếu khí (đợt 2) 110

Trang 18

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Khoảng hơn chục năm trước đây, vấn đề xử lý rác ở nước ta chưa phải là vấn

đề bức xúc, rác thải được đem san lấp ao hồ và đổ lộ thiên Nhưng hiện nay, dân số

ở thành phố ngày một tăng, lượng rác ngày càng nhiều, các nơi chứa rác tập trung của các tỉnh thành đều quá tải và không hợp vệ sinh

Thực tế đã có nhiều biện pháp được đề xuất để xử lý rác thải như: thiêu hủy, chôn lấp hợp vệ sinh, phân hủy sinh học…Trong đó, phương pháp được quan tâm

và nghiên cứu nhiều hiện nay là phương pháp phân hủy sinh học Ưu điểm của phương pháp này là có thể tận dụng lại năng lượng và dưỡng chất có trong rác thải,

ủ phân compost là một ví dụ, phân compost có độ dinh dưỡng cao có thể bón cho nhiều loại cây trồng và góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường

Với những lý do trên, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Đánh giá khả

năng xử lý và hiệu quả kỹ thuật của việc xử lý rác bằng phương pháp ủ phân compost và nuôi trùn quế” nhằm rút ngắn thời gian ủ phân, tạo nguồn phân trùn có

độ dinh dưỡng cao và có giá trị về mặt thẩm mỹ Ngoài ra, việc nuôi trùn quế còn lợi về mặt kinh tế khi thu hoạch trùn sinh khối

Luận văn này là kết hợp của hai đề tài “Đánh giá khả năng xử lý rác bằng

phương pháp ủ phân compost và nuôi trùn quế” và “Đánh giá hiệu quả kỹ thuật

xử lý rác bằng phương pháp ủ phân compost và nuôi trùn quế” Do tính chất

công việc và nội dung đề tài có liên quan nhau nên chúng tôi thực hiện hai đề tài song song và hỗ trợ nhau trong quá trình thực hiện luận văn

Trang 19

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

“Chất thải rắn (Solic waste) là thuật ngữ chung để chỉ tất cả các thứ vật chất dạng rắn và bán rắn mà chúng được thải ra trong quá trình phát triển của con người

hoặc do tự nhiên tạo ra” (Lược trích Lâm Minh Triết, 2006)

Nhìn chung, chất thải rắn tồn tại ở hai dạng chính: dạng vật chất vô cơ và vật chất hữu cơ Chất thải hữu cơ phần lớn là các chất dễ bị phân hủy sinh học trong điều kiện môi trường Các sinh vật xuất hiện trong quá trình phân hủy sinh học như ruồi, muỗi,…gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và các hoạt động sống của con người Chất thải vô cơ là chất thải khó phân hủy trong điều kiện môi trường

Đối với chất thải rắn sinh hoạt ở các đô thị Việt Nam, thành phần chủ yếu là

các chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học (trung bình khoảng 65% đến 78%) (Lâm Minh Triết, 2006) Đây là yếu tố rất quan trọng đối với việc quản lý và lựa chọn giải

pháp thích hợp cho việc xử lý chất thải rắn sinh hoạt

2.1.2 Một số tính chất của chất thải rắn

2.1.2.1 Các tính chất lý học

a) Ẩm độ

Độ ẩm của chất thải rắn là lượng nước chứa trong một đơn vị trọng lượng

chất thải ở trạng thái nguyên thủy (Trần Hiếu Nhuệ, 2001) Đây là một thông số

Trang 20

quan trọng cho các quá trình xử lý (đốt, ủ phân compost, khống chế nước rỉ của rác)

Xác định ẩm độ theo công thức sau:

Độ ẩm của rác thải thay đổi phụ thuộc vào thành phần rác, mùa trong năm,

độ ẩm không khí và cường độ mưa

b) Trọng lượng riêng

Trọng lượng riêng của rác là trọng lượng của rác trên một đơn vị thể tích, (kg/m3 hoặc tấn/m3) Rác thải thường tồn tại ở các trạng thái khác nhau (xốp, nén, không nén,…) nên có trọng lượng riêng khác nhau

Trọng lượng riêng của rác sinh hoạt thay đổi rõ rệt theo vị trí địa lý, mức sống, thời gian tích trữ trong thùng chứa,…

Trọng lượng riêng của chất thải rắn (BD) được xác định theo công thức: (Trọng lượng thùng chứa + chất thải) – (Trọng lượng thùng chứa)

BD =

Dung tích thùng chứa

c) Khả năng giữ nước

Khả năng giữ nước tại hiện trường của rác thải là toàn bộ lượng nước mà nó

có thể giữ lại trong mẫu rác thải dưới tác dụng của trọng lượng

Khả năng giữ nước của rác thải là một trong những tiêu chuẩn quan trọng

để xác định sự hình thành nước rỉ rác từ các bãi rác Nước thải đi vào mẫu rác vượt quá khả năng giữ nước của nó sẽ được giải phóng ra tạo thành nước rỉ rác

Trang 21

Khả năng giữ nước của chất thải thay đổi phụ thuộc vào mức độ nén và

trạng thái phân hủy của rác thải

2.1.2.2 Các tính chất sinh học

a) Đặc tính chung

Thành phần hữu cơ của hầu hết rác thải đều có thể được phân loại như sau: + Các phân tử có thể hòa tan trong nước như: đường tinh bột, acid amin và các acid hữu cơ khác

+ Hemi cellulose, các sản phẩm ngưng tụ của đường 5 và 6 cacbon

+ Cellulose, sản phẩm ngưng tụ của glucose 6 cacbon

+ Dầu mỡ và sáp là ester của các loại rượu và acid béo mạch dài

+ Ligin, một polymer có chứa vòng thơm với nhóm methoxyl (-OCH3) mà tính chất hóa học của nó cho đến nay chưa biết được một cách chính xác

+ Lignocelluloza: hợp chất do ligin và celluloza kết hợp lại với nhau

+ Protein, chất tạo thành bởi các amino acid mạch thẳng

Tính chất sinh học quan trọng nhất trong rác thải đô thị là hầu hết các thành phần hữu cơ đều có thể chuyển hóa sinh học thành khí, các chất rắn hữu cơ và vô cơ khác Sự bốc mùi hôi và phát sinh ruồi cũng có liên quan đến tính dễ phân hủy của các vật chất hữu cơ trong rác thải đô thị như rác thực phẩm

b) Khả năng phân hủy sinh học của các thành phần hữu cơ trong rác đô thị

Hàm lượng ligin của rác thải có thể được sử dụng để đánh giá tính toán phần

có thể phân hủy sinh học bằng cách sử dụng biểu thức sau:

BF = 0,83 – 0,028 LC Trong đó:

BF: tỷ lệ phần phân hủy sinh học biểu diễn trên cơ sở vi sinh (chất rắn bay hơi)

Trang 22

0,83 và 0,028: các hằng số thực nghiệm LC: Hàm lượng ligin của chất rắn dễ bay hơi biểu diễn bằng phần trăm trọng lượng khô

c) Sự phát sinh mùi hôi

Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, mùi hôi phát sinh ra nhanh chóng ở các nơi chứa rác Mùi hôi tạo thành là do sự phân hủy yếm khí các thành phần hữu cơ

trong rác có khả năng phân hủy nhanh

Sự tạo thành H2S được minh họa bởi các phản ứng sau:

CH3CHOHCOOH + SO42- Æ CH3COOH + S2- +H2O + CO2

(Lactate) (sulfate) (acetate) (sulfide) 4H2 + SO42- Æ S2- +4H2O

Methionine Methyl mercaptan Aminobutyric acid

Methyl mercaptan có thể bị thủy phân sinh học thành methyl alcohol và hydro sulfur:

CH3SH + H2O Æ CH4OH + H2S

+2H

Trang 23

d) Sự sản sinh ruồi

Ruồi có thể phát triển trong khoảng thời gian không đầy 2 tuần sau khi trứng ruồi được cấy vào Sự sinh sản và phát triển của ruồi nhà từ khi còn trong trứng đến khi trưởng thành bao gồm các giai đoạn:

+ Trứng phát triển 8 – 12h + Giai đoạn 1 của ấu trùng (giòi) 20h + Giai đoạn 2 của ấu trùng 24h + Giai đoạn 3 của ấu trùng 3 ngày + Giai đoạn nhộng 4 – 5 ngày

Thời gian để ruồi phát triển từ giai đoạn ấu trùng (giòi) ở các thùng chứa bên trong nhà phụ thuộc vào yếu tố sau: nếu giòi phát triển thì chúng khó có thể bị loại trừ khi rác trong thùng được loại bỏ Giòi còn lại trong thùng có thể phát triển thành ruồi Những con giòi cũng có thể bò ra khỏi các thùng chứa rác không có nắp đậy

và phát triển thành ruồi ở xung quanh gây nên tình trạng mất vệ sinh thực phẩm và

làm ô nhiễm môi trường (Lâm Minh Triết, 2006)

2.1.3 Các phương pháp xử lý chất thải rắn

2.1.3.1 Phương pháp thiêu hủy (đốt)

Thiêu hủy rác là việc đốt rác có kiểm soát nhằm đảm bảo cho các thành phần cần thiêu hủy cháy hoàn toàn không sinh ra PIC’s và các chất độc khác Quá trình

thiêu hủy thường đi đôi với việc thu hồi năng lượng (Lê Hoàng Việt, 2005)

Nhờ thiêu đốt, dung tích của chất thải rắn giảm còn khoảng 10%, khối lượng

chất rắn giảm còn 25% hoặc thấp hơn so với ban đầu (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

2.1.3.2 Phương pháp chôn lấp

Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh là phương pháp đổ rác thành đống tại bãi không làm mất vệ sinh khu vực xung quanh, rác được san lấp hàng ngày và được phủ lên trên bề mặt một lớp đất Dưới đáy bãi chôn lấp có phủ lớp vải địa kỹ thuật

Trang 24

chống thấm Nước rỉ rác được tập trung để xử lý riêng; Các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ từ bãi rác được thu hồi để phục vụ cho các hoạt động khác

2.1.3.3 Phương pháp sinh học

a) Phương pháp ủ compost

Theo Haug (1980) ủ chất thải (waste composting) là quá trình phân giải sinh học chất hữu cơ dẫn tới sự ổn định khối ủ trong tồn trữ và sử dụng như một loại

phân hữu cơ (trích dẫn từ Lâm Minh Triết, 2006)

Một định nghĩa khác đang phổ biến ở các nước Châu Âu thì ủ chất thải là sự kiểm soát quá trình hiếu khí hoạt động của các vi sinh vật ưa ấm và ưa nóng Kết quả của các hoạt động vi sinh vật sẽ tạo ra CO2, nước, chất khoáng và các chất hữu

cơ ổn định (Pereira – Neta (1987), trích dẫn từ Lâm Minh Triết, 2006)

Về tổng thể, quá trình ủ là quá trình phân giải một loạt các chất hữu cơ có trong chất thải sinh hoạt, bùn cặn, phân gia súc, gia cầm, các chất thải hữu cơ nông nghiệp Quá trình ủ chất thải được thực hiện cả trong điều kiện hiếu khí và yếm khí

Ủ hiếu khí

Là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật khi có mặt của oxy Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải hiếu khí này là CO2, NH3, nước, nhiệt, các chất hữu cơ đã ổn định và sinh khối vi sinh vật

(Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương, 2001)

Trang 25

b) Phương pháp nuôi trùn

Ủ phân compost bằng cách nuôi trùn (vermicompost) là một hình thức sử

dụng trùn đỏ (Eisenia fertida hay Bumbricus rubellus) để tiêu thụ các chất hữu cơ

Quá trình gồm 2 giai đoạn:

- Hoạt động của VSV phân hủy một phần chất hữu cơ

- Sử dụng chất hữu cơ đã phân hủy một phần để nuôi trùn

Trong giới hạn của luận văn chúng tôi quan tâm đến vấn đề xử lý rác bằng phương pháp sinh học

2.2 Giới thiệu quá trình lên men hiếu khí

2.2.1 Các phản ứng sinh hóa trong quá trình ủ phân compost

Theo Lê Hoàng Việt (2005), sự phân hủy của protein trong chất thải như sau:

Protein Æ peptides Æ aminoacids Æ NH4+ Æ nguyên sinh chất của VSV hoặc NH3

Sự phân hủy của carbohydrates Æ đường đơn Æ acid hữu cơ Æ CO2 và nguyên sinh chất của VSV

Quá trình ủ phân compost gồm 4 giai đoạn:

a) Giai đoạn chậm: là thời gian cần thiết để VSV thích nghi và tạo khuẩn

d) Giai đoạn thuần thục (hay còn gọi là khoáng hóa): giai đoạn này nhiệt độ bắt đầu giảm dần đến mức mesophilic rồi cân bằng với môi trường Quá trình lên men thứ cấp diễn ra biến chất thải thành mùn hữu cơ Đồng thời quá trình nitrát hóa cũng diễn ra biến NH3 thành NO3- do tác động của vi khuẩn Nitrosomonas và

Trang 26

Nitrobacter Quá trình diễn ra chậm nên cần có thời gian dài để đạt được sản phẩm

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

Trang 27

Hình 2.1 Mối tương quan giữa nhiệt độ và các giai đoạn trong quá trình ủ compost

(trích từ Lê Hoàng Việt, 2005)

2.2.2 Các điều kiện môi trường cần thiết cho quá trình ủ phân compost

a) Cân bằng về dinh dưỡng

Theo Lê Hoàng Việt (2005), thông số quan trọng về các chất dinh dưỡng cần

thiết cho vi khuẩn là tỉ số giữa cacbon và nitơ (C/N) Phốtpho đứng hàng thứ hai sau

đó là lưu huỳnh, canxi và các nguyên tố vi lượng cần cho quá trình đồng hóa tế bào

Các tế bào vi khuẩn chứa 50%C và 5%N (tính trên vật chất khô) Do đó, lượng đạm cần thiết trong mẻ ủ compost phải chiếm từ 2 – 4% lượng cacbon Như vậy, tỉ số C/N = 25/1 thích hợp cho quá trình ủ compost

Bảng 2.1 Tỉ số C/N của một số chất thải Nguyên liệu N (% trọng lượng khô) Tỉ số C/N

6 – 10 0,8 3,0

18

15

-

Giai đoạn chậm 0

60

40 50

30 20 10

Vi khuẩn, nấm, nấm sợi

Sinh vật tiêu thụ bậc II và bậc III

Điều kiện nhiệt độ bình thường

Sự phát triển của VSV ưa nhiệt

Sự phát triển của VSV ưa ấm

Trang 28

(Chongrak Polprasert (1989), trích dẫn từ Lê Hoàng Việt,2005)

Với khoảng chính xác chấp nhận 2 – 10% thì công thức sau đây có thể dùng được tính % cacbon của nguyên liệu:

100% − % tro

%C =

1,8

% tro là tỉ lệ phần trăm của trọng lượng tro thu được sau khi đốt nguyên liệu

ở 550oC trong thời gian một giờ so với trọng lượng chất hữu cơ đưa vào đốt

Do những khó khăn trên người ta đồng ý rằng tỉ lệ C/N trong khoảng 20 – 40

là tối ưu cho quá trình ủ phân compost

Mối tương quan giữa thời gian ủ và tỉ số C/N:

C/N = 20 thời gian ủ 12 ngày C/N = 20 – 50 thời gian ủ 14 ngày C/N = 78 thời gian ủ 21 ngày Khi C/N nhỏ hơn 20 (trong trường hợp ủ phân người và bùn) đạm sẽ mất đi

do quá trình chuyển đổi thành khí NH3, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ và pH cao

b) Kích cỡ của nguyên liệu

Rác nên được nghiền nhỏ trước khi ủ:

- Làm tăng hiệu suất của quá trình thông khí

- Dễ bị phân hủy bởi VSV hơn

Trang 29

Phân người, bùn và phân gia súc chứa các chất rắn có cỡ hạt nhỏ, thích hợp cho việc phân hủy của VSV, nhưng chúng phải được trộn thêm các vật liệu để tạo khoảng không thích hợp cho quá trình thông khí cho mẻ ủ

c) Ẩm độ

Cần khống chế ẩm độ để tạo nên điều kiện thích hợp cho vi khuẩn hoạt động:

- Quyết định đến chất lượng và thời gian ủ

- Nước rất cần thiết để hòa tan chất dinh dưỡng và chiếm tỉ lệ phần trăm rất cao trong nguyên sinh chất của VSV

Ẩm độ của nguyên liệu từ 50 – 70% (TB 60%) thích hợp cho ủ compost và nên giữ ẩm độ suốt quá trình ủ

d) Nhu cầu thông thoáng

Để ủ phân compost hiếu khí cần phải cung cấp một lượng oxy cần thiết cho VSV cố định chất thải

Việc thông thoáng có thể tiến hành bằng các cách sau:

- Đặt các ống tre đã được đục lỗ vào trong mẻ ủ

- Cho các nguyên liệu rơi dần từ tầng trên xuống dưới (trong trường hợp ủ nhiều tầng)

- Sử dụng bơm nén khí để đưa không khí vào trong mẻ ủ

Các phương trình sau được sử dụng để tính lượng oxy cần cung cấp cho mẻ ủ: C10H19O3N + 12,5 O2 10CO2 + 8H2O + NH3

C5H7O2N + 5 O2 5CO2 + 2H2O + NH3

e) Nhiệt độ và pH

Điều chỉnh nhiệt độ của mẻ ủ rất cần thiết để đảm bảo:

- Tối đa hóa tốc độ phân hủy của các chất hữu cơ

- Vô hiệu hóa các mầm bệnh

Trang 30

pH thích hợp cho quá trình ủ là khoảng pH trung tính Giai đoạn đầu pH có

thể xuống thấp và sau đó sẽ tăng (Lê Hoàng Việt, 2005)

2.3 Giới thiệu quá trình lên men yếm khí

2.3.1 Nguyên lý chung của quá trình phân giải yếm khí

Trong điều kiện không có oxy, vi khuẩn (VK) phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn và các chất khí Quá trình trải qua nhiều giai đoạn phức tạp gồm nhiều giai đoạn khác nhau với sự tham gia của nhiều loại VK Trong quá trình hoạt động VK sử dụng các chất dinh dưỡng có trong chất thải để sinh trưởng và phát triển

2.3.2 Các phản ứng sinh hóa của quá trình lên men yếm khí

Các phản ứng có thể được biểu diễn qua các phương trình sau:

Nguyên liệu Æ CO2 + H2 + acetate Nguyên liệu Æ propionate + butytate + ethanol CH3COO- + H2O Æ CH4 + HCO3- + năng lượng 4H2 + HCO3- + H+ Æ CH4 + 3H2O + năng lượng Quá trình phân hủy yếm khí có thể được chia thành 3 giai đoạn:

Giai đoạn thủy phân

Giai đoạn tạo acid

Giai đoạn sinh khí methane

Trang 31

Thủy phân& lên men Sinh acid, H2 Sinh CH4

Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III

Hình 2.2 Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khi (Mc Carty (1981), trích dẫn

từ Lê Hoàng Việt, 2005)

Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân

Ở giai đoạn này các chất hữu cơ cao phân tử bị phân hủy bởi các enzym ngoại bào (sản sinh bởi các vi khuẩn)

Sản phẩm của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tử nhỏ, hòa tan được Các phản ứng thủy phân biến các protein thành các amino acid, cacbonhydrate thành các đường đơn, chất béo thành các acid béo chuỗi dài Các chất hữu cơ như: cellulose, ligin rất khó phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giản trong điều kiện yếm khí

A môn

Chất béo

Acid béo bay hơi

CO2 H2

Acetate

CH4

CO2

Vi khuẩn

Trang 32

Giai đoạn 2: Giai đoạn tạo acid

Các chất hữu cơ được thủy phân ở giai đoạn 1 sẽ được chuyển hóa thành các acid acetic (acetates), H2 và CO2 bởi vi khuẩn Acetogenic Tỉ lệ các sản phẩm này phụ thuộc vào hệ VSV trong hầm ủ và các điều kiện môi trường

Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh methane

Vi khuẩn methane là những VK yếm khí bắt buộc và có tốc độ tăng trưởng chậm hơn các VK ở 2 giai đoạn đầu Các VK methane sử dụng acid acetic, methanol, CO2, H2 để sản xuất methane, trong đó nguyên liệu chính sản sinh methane là acid acetic (khoảng 70% methane được sản sinh từ đó)

Bảng 2.2 Thành phần các chất trong hỗn hợp khí của quá trình sinh methane

pectoetylen, )

41oC 17,727 kJ/m3 tiêu chuẩn

104 Bão hòa (bao gồm acid hữu cơ 7,06 mg/m3 và amoniac 0,71 mg/m3)

( Hoàng Kim Cơ và cộng sự, 2001)

Trang 33

2.3.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí

a) Ảnh hưởng của nhiệt độ

Sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và theo mùa ảnh hưởng đến tốc độ sinh khí và hoạt động sống của VSV Có 2 khoảng nhiệt độ cần quan tâm trong quá trình sản xuất biogas:

Nhóm ưa ấm: 25 – 40oC Nhóm ưa nhiệt: 50 – 65oC Khi nhiệt độ ở khoảng 40 – 45oC đều không thích hợp cho cả 2 nhóm VSV trên phát triển nên hiệu suất sản sinh biogas sẽ thấp

Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ (Price and Cheremisinoff (1981), trích dẫn từ Lê Hoàng Việt ,2005 )

b) pH và độ kiềm

pH thích hợp cho VK hoạt động ở mức 6,6 – 7,6, tối ưu trong khoảng 7 –7,2

pH của hầm ủ có thể hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ của acid béo, do hầm ủ nạp quá tải hoặc do các độc tố trong hầm ủ

Alkalinity của hầm ủ khoảng 2500 – 5000 mg/L để tạo khả năng đệm cho

nguyên liệu nạp (Lê Hoàng Việt, 2005)

0

60 70

12

8 10

6 4 2

10 20 30 40 50

Trang 34

c) Ảnh hưởng của độ mặn

Vi khuẩn tham gia quá trình sinh khí methane có khả năng thích nghi dần với nồng độ muối ăn NaCl trong nước Với nồng độ muối < 0,3% khả năng sinh khí

giảm không đáng kể (Lê Hoàng Việt, 2005)

Như vậy ta có thể phát triển hầm ủ ở những vùng nước lợ vào mùa khô, tuy nhiên những vùng nước mặn sẽ gặp khó khăn vì hàm lượng muối trong nước cao

d) Các chất dinh dưỡng

Theo Lê Hoàng Việt (2005) để đảm bảo khả năng sinh khí của hầm ủ,

nguyên liệu nạp nên phối trộn đạt tỉ số C/N từ 25/1 đến 30/1 bởi vi khuẩn sử dụng đạm gấp 25 – 30 lần hàm lượng cacbon

e) Ảnh hưởng của nhóm quần thể ban đầu

Việc cung cấp lượng VSV ban đầu cho quá trình phân hủy yếm khí sẽ rút ngắn được thời gian và giúp cho quá trình ủ diễn ra ổn định hơn

f) Ảnh hưởng của nguyên liệu nạp

Ảnh hưởng của nguyên liệu nạp có thể được biễu diễn bằng hai thông số:

- Hàm lượng nạp chất hữu cơ kg COD/m3/ngày hay VS/m3/ngày

- Thời gian tồn lưu trong hầm ủ HRT

Theo Lê Hoàng Việt (2005):

- Đối với hầm ủ không có giá bám cho VK thì lượng chất hữu cơ tối ưu cần nạp

là 1 – 4 kg VS/m3/ngày hay 1 – 6 kg COD/m3/ngày

- Đối với hầm ủ có giá bám, lượng chất hữu cơ cần nạp là 1 – 15 kg VS/m3/ngày hay 5 – 30 kg COD/m3/ngày

g) Các chất khoáng

Các chất khoáng trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình sinh khí methane

Trang 35

Các chất khoáng này còn gây hiện tượng cộng hưởng hay đối kháng Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố khác và hiện

tượng đối kháng thì ngược lại (Lê Hoàng Việt, 2002)

2.4 Đặc điểm của các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ

Vi sinh vật có thể phân hủy các hợp chất hữu cơ (hydratcacbon, protein, lipit,…) thành các chất có cấu trúc đơn giản hơn (glucoza, acid amin, các acid hữu

cơ, NO3-, NH4+…) sự phân hủy này của sinh vật không nhằm mục đích làm sạch môi trường, đơn giản chúng chỉ cần các chất dinh dưỡng và nguồn năng lượng của chất thải cho các hoạt động sống của chúng

Để sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật không chỉ cần nguồn hydratcacbon, nguồn nitơ (hữu cơ và vô cơ) chúng còn cần các nguyên tố khoáng như P, K, Mg,

Ca, và các nguyên tố vi lượng Mn, Mo, Fe, Zn…

2.4.1 Các điều kiện cần thiết để vi sinh vật phát triển

Trang 36

Trong quá trình lên men do nhiệt độ của đống ủ sẽ nóng lên, lượng nước bốc hơi nhiều dẫn đến tình trạng thiếu nước nên cần bổ sung lượng nước cần thiết cho vi sinh vật hoạt động tốt

c) Ảnh hưởng của các chất hòa tan trong môi trường

Nồng độ của các chất hòa tan trong nước cao sẽ tạo ra xung quanh tế bào vi khuẩn hiện tượng khô sinh lý và xảy ra hiện tượng tiêu nguyên sinh – nước từ bên trong tế bào bị rút ra ngoài và ngược lại

d) Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ quyết định khả năng phát triển của VSV, mỗi loại VSV đều có nhiệt độ tối thiểu, tối thích và tối đa mà chúng có thể chịu đựng được

Nhiệt độ lạnh không làm vi khuẩn chết đi mà chúng chỉ ngưng hoạt động, khi nào gặp điều kiện thuận lợi chúng sẽ phát triển trở lại

e) Ảnh hưởng của hiệu thế oxy hóa khử

Giới vi sinh vật được chia thành 3 nhóm chính:

- Hiếu khí: phát triển ở hiệu thế oxy hóa cao

- Yếm khí: phát triển ở hiệu thế oxy hóa thấp

- Yếm khí tự do (yếm khí tùy tiện): vi sinh vật phát triển ở cả hiệu thế

oxy hóa cao và cả hiệu thế oxy hóa thấp (Lâm Minh Triết, 2006)

2.4.2 Các loài VSV tham gia vào quá trình phân giải các chất hữu cơ

Trong đống rác đã có sẵn các vi sinh vật có khả năng phân hủy rác và các loại vi sinh vật gây bệnh

Trang 37

Nếu đống rác không được cung cấp oxy thì các VSV kỵ khí sẽ phát triển và quá trình lên men yếm khí sẽ xảy ra, quá trình lên men sẽ tạo ra nhiều sản phẩm trung gian có mùi hôi thối

Các VSV có khả năng phân giải chất hữu cơ và xenluloza mạnh thuộc các chi sau đây:

- Vi khuẩn: Achromobacter, Pseudomonas, Cellulomonas, Vibrio, Cellvibrio, Baciluss

- Niêm vi khuẩn: Cytophara, AngiococusPolyangium, Sporocytophara, Soarangium, Archangium,…

- Xạ khuẩn: Micromonospora, proactinomyces, Actinomyces

- Nấm mốc: Aspergillus, Penicilium, Trichoderma, Alternaria, Rhizopus…

Việc bổ sung VSV có hoạt tính phân giải các chất hữu cơ mạnh vào rác ủ

làm cho quá trình phân hủy nhanh hơn và triệt để hơn (Lâm Minh Triết, 2006)

2.5 Khí sinh học và bã thải sinh học

2.5.1 Khí sinh học – Biogas

2.5.1.1 Lợi ích của khí sinh học

Khí sinh học có thể được ứng dụng chạy các động cơ phục vụ cho các ngành công nghiệp có qui mô nhỏ như dùng để chạy máy phát điện, động cơ cỡ nhỏ…

Trong những năm qua, nhiều hộ gia đình chăn nuôi heo đã áp dụng khoa học

kỹ thuật, xây dựng hầm Biogas nhằm mục đích hạn chế ô nhiễm môi trường, tận dụng Biogas làm chất đốt phục vụ sinh hoạt hằng ngày

Dựa trên nhiệt trị của Biogas (4500 – 6300 kcal/m3), Hesse (1982 ) ước tính rằng 1m3 Biogas đủ để:

- Chạy 1 động cơ 1 mã lực trong 2 giờ

- Cung cấp một điện năng khoảng 1,25kWh

- Cung cấp năng lượng để nấu ăn ngày 3 buổi cho gia đình 5 người

Trang 38

- Thắp sáng trong vòng 6 giờ (độ sáng tương đương đèn 60W)

- Chạy 1 tủ lạnh 1m3 trong 1 giờ

- Chạy 1 lò úm 1m3 trong nửa giờ Như vậy 1m3 Biogas tương đương với 0,4 kg dầu Diesel, 0,6 kg dầu hỏa, 0,8

kg than (Lê Hoàng Việt, 2005)

Đặc tính và sản lượng khí sinh học thu được từ các nguồn phân thải được giới thiệu trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Sản lượng khí thu được từ các nguồn phân khác nhau

Nguồn phân thải

Lượng thải hàng ngày ( kg/1 đối tượng)

Tỷ lệ Cacbon/Nitơ

Sản lượng khí hàng ngày (lít/kg phân tươi)

giờ/ngày (Trần Tiến Trường, Trung tâm ƯDCGTBKH&CN Vĩnh Phúc)

2.5.1.2 Xử lý khí sinh học trước khi sử dụng

Khí sinh học sinh ra trong quá trình phân hủy yếm khí được sử dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động sống

Trong trường hợp sử dụng Biogas để chạy động cơ Diesel chúng ta nên loại

bỏ CO2 và H2S để đạt hiệu quả cao

Trang 39

Bã thải sinh học là sản phẩm sau quá trình phân giải các chất hữu cơ của các

vi sinh vật Trong đó, các hợp chất hữu cơ cao phân tử được chuyển hóa thành các

hợp chất vô cơ đơn giản mà cây trồng có thể dễ dàng hấp thụ trong quá trình sinh

trưởng và phát triển của chúng

Vì vậy bã thải sinh học được ứng dụng để:

- Làm phân bón cho cây trồng

- Tận dụng nguồn dinh dưỡng trong bã thải để nuôi trùn

2.6 Giới thiệu các vấn đề liên quan

2.6.1 Chế phẩm Microphot

Chế phẩm Microphot là chế phẩm sinh học xử lý hầm cầu Là sản phẩm được

sự đầu tư giúp đỡ công nghệ của Viện Công nghệ Sinh học – Viện Hàn lâm Khoa

học Việt Nam (Cố vấn khoa học: PGs.Ts Lý Kim Bảng) Sản phẩm được sản xuất

tại Công ty Cổ phần sinh hóa Nam Định

2.6.2 Trùn quế

Trùn quế có tên khoa học là Perionyx excavatus, chi Pheretima, họ

Megascocidae (họ cự dẫn), ngành ruột khoang

Trang 40

Thành phần dinh dưỡng: Hàm lượng các chất (tính trên trọng lượng chất khô) như sau: protein: 68 –70%, lipid: 7 – 8%, chất đường: 12 –14 %, tro 11 – 12%

Màu sắc: có màu từ đỏ đến màu mận chín (tùy theo tuổi), màu nhạt dần về phía bụng, hai đầu hơi nhọn

Hình dạng: trùn có hình thon dài nối với nhau bởi nhiều đốt, trên mỗi đốt có một vành tơ Khi di chuyển, các đốt co duỗi kết hợp các lông tơ phía bên dưới các đốt bám vào cơ chất đẩy cơ thể di chuyển một cách dễ dàng

Trùn quế hô hấp qua da, chúng có khả năng hấp thu oxy và thải CO2 trong môi trường nước, điều này giúp cho chúng có khả năng sống trong nước nhiều ngày, thậm chí trong nhiều tháng

Sinh sản:

- Trùn là loài lưỡng tính, mỗi con đều có cả bộ phận sinh dục đực (tinh hoàn)

và bộ phận sinh dục cái (buồng trứng) Số lượng kén đẻ ra tuỳ thuộc vào giống và tuổi trưởng thành của trùn Trùn sinh sản quanh năm, trung bình một tuần một lần

- Sau khi kén đẻ 2 - 4 tuần có thể nở Trung bình mỗi kén nở ra 6 - 20 trùn con và chỉ sau 70 ngày, trùn con sẽ thuần thục và trưởng thành

- Kén áo hình dạng thon dài, hai đầu túm nhọn lại gần giống như hạt bông

cỏ, ban đầu có màu trắng đục, sau chuyển sang màu xanh nhạt rồi vàng nhạt Khoảng từ 15 –30 ngày sau, chúng trưởng thành và bắt đầu xuất hiện đai sinh dục

(theo Arellano(1997), trích dẫn từ website Tủ sách khoa học VLOS)

2.6.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng khi nuôi trùn quế

- Chất nền: là yếu tố quan trọng cho trùn trong thời gian đầu sinh sống, là nơi trú ẩn của trùn khi gặp điều kiện bất lợi, chất nền cần tơi xốp, giữ ẩm cao, không chua, không độc tố Chất nền phải đạt 4 tính chất: tơi xốp, không dính, giàu chất dinh dưỡng và sạch

- Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp nhất cho trùn phát triển là từ 20 – 28oC

- Độ ẩm: Nước là thành phần quan trọng nhất, chiếm khoảng 65 - 80% trọng lượng cơ thể trùn

Định dạng
Số trang	143
Dung lượng	1,84 MB