Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép viên phụ phế liệu nông nghiệp và rác thải để làm phân bón

Các tác nhân trong nông nghiệp gây ra ô nhiễm môi trường là thuốc trừ sâu, phân bón, rác thải nông nghiệp, rác thải của các nhà máy chế biến lương thực, cồn, mía, đường cùng hiện tượng đ

BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy Động Lực và máy nông nghiệp

VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy Nông nghiệp

Chủ nhiệm đề tài: Th.S Đỗ Mai Trang

7323

23/4/2009

Hà Nội-2/2009

BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy Động Lực và máy nông nghiệp

VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP

ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

VIỆN NCTKCT MÁY NÔNG NGHIỆP THS ĐỖ MAI TRANG

Hà Nội-2/2009

Danh s¸ch nh÷ng ng−êi thùc hiÖn chÝnh

chuyªn m«n

C¬ quan

4 Vũ Ngọc Tú Kü thuËt viªn ViÖn TK m¸y NN

5 Đặng Văn Ngân Kü thuËt viªn ViÖn TK m¸y NN

MỤC LỤC

Trang

1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 11

2.1 Một số tính chất của phụ phế liệu và chất thải 11

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy ép 11

2.3 Công nghệ sản xuất phân vi sinh từ rác thải và viên nhiên liệu phế liệu

nông nghệp

13

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VÀ TẠO HÌNH VIÊN 18

3.1 Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép và tạo hình viên phân hữu cơ vi sinh 18

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

4.1 Kết luận 42 4.2 Kiến nghị 42

Tài liệu tham khảo

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển rất đáng khâm phục đặc biệt là trong ngành sản xuất nông nghiệp Từ chỗ là một nước thiếu đói triền miên, chúng ta đã vươn lên không những cung cấp đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn phục vụ cho xuất khẩu và luôn đứng ở vị trí cao trong các nước xuất khẩu các mặt hàng nông sản trên thế giới Cùng với đó cuộc sống của người dân cũng dần được cải thiện đáng

kể

Bên cạnh những thành tựu đã đạt được chúng ta cũng đang phải đối mặt với rất nhiều khó khăn thử thách, một trong số đó chính là vấn nạn ô nhiễm môi trường từ các nhà máy xay xát nhất là các tỉnh phái Nam, các nhà máy chế biến cồn và cả mía đường

Theo đánh giá của các nhà khoa học thì ngành nông nghiệp, công nghiệp và rác thải sinh hoạt là một trong những nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường nhiều nhất Các tác nhân trong nông nghiệp gây ra ô nhiễm môi trường là thuốc trừ sâu, phân bón, rác thải nông nghiệp, rác thải của các nhà máy chế biến lương thực, cồn, mía, đường cùng hiện tượng đốt phụ phế liệu nông nghiệp…

Trong phụ phế liệu nông nghiệp và rác thải sinh hoạt thì thành phần chính là các hợp chất hữu cơ, trong khi đó phương pháp xử lý truyền thống thường là chôn lấp, đốt Tuy nhiên cả hai phương pháp trên đều có những mặt hạn chế, với phương pháp chôn lấp đó là cần một diện tích rất lớn để chôn lấp và rất rễ gây ô nhiễm nguồn nước nếu không được xử lý cẩn thận, với phương pháp đốt đó là vấn đề ô nhiễm bầu không khí, khói bụi hoặc là phải đầu tư rất lớn cho các lò đốt rác (30-40USD/tấn rác thải sinh hoạt)

Chính vì lẽ đó phương pháp biến rác thải và phụ phế liệu nông nghiệp thành phân vi sinh là phương pháp đang được chính phủ, các ban ngành và các đơn

vị hết sức quan tâm

Trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh, thì thiết bị tạo viên là một trong những thiết bị chính của dây chuyền Mục đích của việc tạo viên là giúp làm giảm thể tích của nguyên liệu, thuận tiện cho việc chuyên chở, bảo quản, các thành phần được phân bố đều mặt khác còn giúp cho cây hấp thu dưỡng chất một cách từ từ, tránh hiện tượng rửa trôi…

Những năm gần đây, rất nhiều nước đi sâu vào nghiên cứu các loại thiết bị tạo viên như các hãng BENGA, CPM (Mĩ), TINDER,MYNHIANG (Trung Quốc) và một số nước như Thái Lan, Hà Lan, Ấn Độ…Các thiết bị này đều được sản xuất và thương mại hoá với tính công nghệ khá cao, chất lượng đảm bảo Song giá thành lại quá đắt, kèm theo đó là các điều kiện sau bán hàng không thuận tiện cho việc sử dụng ở nước ta, không đảm bảo thời gian yêu cầu cung cấp, không thích hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ…

Vì vậy việc đi sâu nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy ép viên ứng dụng trong việc ép các phụ phế thải nông nghiệp và rác thải nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất tại các nhà máy sản xuất phân vi sinh trong nước là yêu cầu mang tính thực tiễn cao

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên, được sự đồng ý của Vụ Khoa học và Công nghệ – Bộ Công Thương, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép viên để ép các phụ phế liệu nông nghiệp và rác thải làm phân bón” Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng

tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các đồng nghiệp, Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công Thương), công ty cổ phần công nghệ Môi trường xanh

SERAPHIN, Nhà máy xử lý rác thải Sơn Tây, công ty cổ phần cơ khí và xây dựng số 5 Nhân dịp này chúng tôi xin trân trọng cảm ơn về sự giúp đỡ và hợp tác đó

CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Hiện nay trên thế giới có xu hướng sử dụng nguyên liệu sạch từ các phế phẩm của các nhà máy cưa, nhà máy xay xát và các nhà máy chế biến gỗ… để làm nguyên liệu sưởi ấm, đun nấu, hay phát điện… còn đối với rác thải sinh hoạt hay nhựa có thể sử dụng như một dạng nhiên liệu hóa thạch

Từ nhựa phế thải, giấy, gỗ … có thể sử dụng làm ổ nằm cho vật nuôi, phân bón, viên RPF… sử dụng trong kỹ thuật lò cao, đun nấu và một số ứng dụng khác

Hình 1.1 – Các phế liệu trong quá trình sản xuất gỗ trước và sau nghiền

Phế liệu Tấm panen Máy nghiền

Trước

Sau

Hình 1.2 – Các phế liệu trước và sau nghiền

Gỗ thông lá thông Gỗ thông Cành cây Cây tùng

Polypropylene Các loại nhựa phế Vải RDF

Hình 1.3 – Một số sản phẩm viên từ phế liệu

Máy ép viên (pellet mill) được nghiên cứu và chế tạo đã khá lâu ở các nước phương tây gắn với những tên tuổi lớn như: Bliss (Mĩ), La Meccanica (ý), Buchumer (Đức), VanAarsen (Hà Lan)…hay như một số nước ở Châu á như: Trung Quốc ( Chính Xương, Mynhang…), Thái Lan (CPM) Máy ép viên được sử dụng cho rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp khác nhau từ chế biến thức ăn cho người và gia súc đến ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ khô, mùn cưa…) hay rác thải…ở mỗi một đối tượng khác nhau lại đòi hỏi

các thiết bị ép viên phù hợp

Hình 1.4 -: Máy ép viên của hãng Bliss (Mĩ)

Hình 1.5- Máy ép viên của hãng Myang ( Trung Quốc)

Hình 1.6- Máy ép viên của hãng Kahl (Đức)

Các sản phẩm của các nước Tư Bản thường có chất lượng tốt, năng suất cao Tuy vậy giá thành của nó lại quá đắt, không phù hợp với quy mô

sản xuất vừa và nhỏ, đi kèm với đó là những điều kiện sau bán hàng không được đảm bảo như: thời gian giao hàng, điều kiện về bảo hành, bảo trì…

Thời gian gần đây một số hãng của Trung Quốc (Chính Xương, Mynhang) cũng đi sâu phát triển các dòng máy ép viên, tuy vậy chất lượng máy của các hãng này nhập về Việt Nam thường không dõ nguồn gốc, không

ổn định, chất lượng khó kiểm soát do đó cũng gây nhiêu khó khăn cho người

sử dụng

1.2.Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Đối với rác thải sinh hoạt trong những năm gần đây hướng giải quyết

là phân loại rác thải để tái sử dụng phần còn lại khoảng 70% chất hữu cơ dễ phân hủy đem làm phân vi sinh xong bên cạnh đó thì phương pháp chủ yếu

là chôn lấp vì vậy gây ô nhiễm môi trường rất lớn

Công nghệ vi sinh đa chủng là công nghệ dùng chế phẩm vi sinh xử lý lên men các chất thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt Tại Bình Định, công nghệ này đang được Công ty TNHH Phân sinh hóa Sông Kôn (Bình Nghi-Tây Sơn) áp dụng vào sản xuất phân hữu cơ vi sinh đa chủng POLYFA, hay công ty công nghệ môi trường xanh Seraphin ứng dụng công nghệ seraphin vào sản xuất phân vi sinh… công nghệ vi sinh đa chủng POLYFA có thể nhân giống men vi sinh tại chỗ, vừa đảm bảo chất lượng men, vừa có thể chủ động trong sản xuất và có thể xử lý nhiều loại chất thải hữu cơ khác nhau

Bên cạnh đó phụ phế liệu trong ngành sản xuất nông nghiệp hàng năm thải ra một lượng phế thải tương đối lớn như: trấu, bã mía, mụn dừa… Từ những năm 2004 về trước, trấu, mụn dừa, bã mía dùng làm chất đốt cho các

lò đường thủ công, lò sản xuất cồn, lò gạch…trấu còn được người dân nông thôn sử dụng nấu ăn, làm tro trồng hoa màu Nhu cầu sử dụng trấu rất lớn, nên quanh năm không lo ế Hiện tại, hàng loạt lò đường thủ công phá sản, nghề sản xuất rạch ngói ở ĐBSCL ế ẩm, dẫn đến lượng tiêu thụ trấu giảm

đáng kể Mặt khác, nhiều hộ gia đình ở nông thôn cũng chuyển sang nấu điện, sử dụng gas… nên lượng trấu dư thừa ngày càng nhiều Những năm gần đây, nhiều người dân sống trong tình trạng “nghẹt thở” vì trấu đã đổ đầy sông Theo tính toán của các nhà máy xay xát, tỷ lệ trấu thường chiếm khoảng 20% hạt lúa Như vậy, ở vựa lúa ĐBSCL mỗi năm sản xuất khoảng

18 triệu tấn, thì lượng trấu có được là 3,6 triệu tấn Đây là nguồn lợi rất lớn, thế nhưng bao giờ trấu được sử dụng hợp lý, đang là bài toán chưa có lời giải

Những năm gần đây, nền kinh tế nước ta có những bước phát triển khá tốt, nhu cầu về máy ép viên là khá lớn với nhiều lĩnh vực như: Chế biến thức

ăn gia súc, gia cầm, thức ăn thuỷ sản, ép viên rác thải làm phân bón… Theo thống kê của Cục Chăn nuôi, hiện cả nước có trên 300 nhà máy chế biến thức

ăn gia súc, cũng như hàng trăm nhà máy xử lý rác thải và chế biến phân hữu

cơ, phân vi sinh…Nhu cầu về máy ép viên là rất lớn, tuy nhiên nguồn cung cấp chủ yếu lại là từ nhập khẩu với giá thành rất cao không phù hợp với túi tiền của các nhà sản xuất trong nước Cũng đã có một số cơ quan đi vào nghiên cứu, sản xuất máy ép viên như: Viện NCTKCT máy Nông Nghiệp, Viện Cơ Điện Nông Nghiệp máy ép củi từ trấu như Viện Năng lượng… hay sản xuất than hoạt tính từ trấu tại trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, tuy vậy kết quả còn rất hạn chế và sản phẩm chủ yếu phục vụ cho ngành chế biến thức ăn gia súc còn đối với ép viên phụ phế liệu nông nghiệp

và rác thải thì hầu như còn bỏ ngỏ

Từ những vấn đề thực tế trên, chúng tôi nhận thấy việc đi sâu vào tìm hiểu, nghiên cứu để chế tạo thành công máy ép viên phục vụ cho ép viên các phụ phế liệu nông nghiệp và rác thải là vấn đề hết sức cần thiết và có tính thực tiễn cao

Hình 1.6 Thanh củi trấu

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU

2.1 Một số tính chất của phụ phế liệu và chất thải:

- Đối với phụ phế liệu nông nghiệp:

+ Trấu: sau khi xát ra có độ ẩm khoảng 11%, khối lượng riêng 130kg/m3 Thành phần chủ yếu là Kali dùng để cải tạo đất rất tốt, đối với những vùng đất bạc màu, chai cứng… trấu làm đất tơi xốp lại Riêng tro trấu chứa hàm lượng khoáng nhiều, dùng để trồng hoa màu Mặt khác trấu còn làm được meo nấm rơm, chất đốt, nấu ăn…và có thể làm ván ép…

+ Bã mía và Xơ dừa: dùng làm phân vi sinh hoặc có thể làm thức ăn chăn nuôi

Men vi sinh là chất xúc tác trong quá trình xử lý chất thải hữu cơ Nguyên liệu thô (bã bùn của mía, rác thải sinh hoạt ) được phun men vi sinh pha loãng và ủ trong một thời gian, các men vi sinh hoạt động phân hủy các chất có hại có trong chất thải hữu cơ Nguyên liệu được đưa vào máy dập, nghiền thành bột, được xử lý vi sinh một lần nữa Sau đó, nguyên liệu được phối trộn với một số chất vi lượng, đa lượng khác theo tỷ lệ nhất định tạo thành phân hữu cơ vi sinh

- Rác thải: Sau khi phân loại plastic, thủy tinh, kim loại có thể tận dụng 80% lượng chất thải rắn hữu cơ để làm phân, giảm được lượng rác đổ vào các bãi chôn lấp Phần hữu cơ chiếm phần lớn trên 70% thích hợp cho sản xuất phân bón Rác được chia làm 2 loại chính: chất hữu cơ dễ phân hủy và các chất còn lại tạm gọi là rác tái sinh

70-2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy ép

+ Chịu tác dụng mài mòn cơ học

Trong nguyên liệu tạo viên gồm nhiều thành phần hữu cơ, vô cơ và các tạp vật như cát và các dị vật khác là các nhân tố gây ra ma sát làm cho khuôn ép, lô ép cũng như các bộ phận khác của máy

+ Chịu tác động ăn mòn hoá học

Trong nguyên liệu để ép viên là sự tổng hợp của nhiều thành phần chất hữu cơ, kháng sinh, dầu, và nước dưới tác dụng của nhiệt độ thì sinh ra phản ứng hoá học ăn mòn khuôn và quả lô ép nhanh chóng

Đối với phân bón phải có tính chất như: Có độ chặt nhất định để đảm bảo sao cho không bị vỡ vụn trong quá trình vận chuyển và dễ dàng cho quá trình sử dụng nhưng vẫn có thể dễ dàng hấp thụ các thành phần đồng đều và

từ từ vào đất để nuôi dưỡng cây cối Bên cạnh đó do trong phân hữu cơ vi sinh có các vi sinh vật có lợi nên trong quá trình tạo hình viên sẽ sinh nhiệt nhưng phải đảm bảo một nhiệt độ nhất định để không tiêu diệt những vi sinh vật này

Với đặc tính trên chúng tôi đi đến áp dụng chế tạo máy ép viên kiểu lô khuôn quay cho quá trình sản xuất tạo hình viên phân bón và viên nhiên liệu đốt từ phụ phế liệu nông nghiệp

Hình 2.1 Máy ép viên kiểu lô ép khuôn quay

2.3 Công nghệ sản xuất phân vi sinh từ rác thải và viên nhiên liệu từ phụ phế liệu nông nghệp

Quá trình sản xuất phân vi sinh theo 2 giai đoạn chủ yếu:

Giai đoạn 1: Tạo nguyên liệu cho sản xuất còn gọi là chất mang Chất mang được dùng là các hợp chất vô cơ (bột photphorit, bột apatit, bột xương, bột vỏ sò, ) hay các chất hữu cơ (than bùn, bã nấm, phế thải nông nghiệp, rác thải, ) Chất mang được ủ yếm khí hoặc hiếu khí nhằm tiêu diệt một phần VSV tạp và trứng sâu bọ, bay hơi các hợp chất dễ bay hơi và phân giải phần nhỏ các chất hữu cơ khó tan

Giai đoạn 2: Cấy vào nguyên liệu trên các chủng vi sinh vật thuần khiết trong điều kiện nhất định để đạt được hiệu suất cao Mặc dù VSV nhỏ

bé nhưng trong điều kiện thuận lợi: đủ chất dinh dưỡng, có độ pH thích hợp, CO2 và nhiệt độ môi trường tối ưu chúng sẽ phát triển cực kỳ nhanh chóng (hệ số nhân đôi chỉ 2-3giờ); Ngược lại trong điều kiện bất lợi chúng sẽ không phát triển hoặc bị tiêu diệt, dẫn đến hiệu quả của phân bị giảm sút Để cho phân vi sinh được sử dụng rộng rãi, người ta thường chọn các chủng vi sinh

có khả năng thích nghi rộng hoặc dùng nhiều chủng trong cùng một loại phân

Trong quá trình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép viên phụ phế liệu

và rác thải làm phân bón, nhóm thực hiện đề tài đã nhận thấy có thể sử dụng máy ép và tạo hình viên để thực hiện một công đoạn trong quá trình sản xuất phân hữ cơ vi sinh Quy trình công nghệ được mô tả theo sơ đồ 1:

SƠ ĐỔ 1 - CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN VI SINH TỪ RÁC THẢI

RÁC THẢI ĐƯỢC THU GOM

TRỘN ẨM

ÉP THÀNH VIÊN CÂN ĐÓNG BAO

Sơ đồ 2 - Quy trình công nghệ sản xuất viên từ phế liệu nông nghiệp [6]

Nguyên liệu thô: Mùn cưa

Viên được hình thành từ việc khai thác và chế biến gỗ như mùn cưa từ các nhà máy chế biên gỗ và có kích thước khoảng chừng 5 mm

Máy ép viên MEV 2x22 RIAM

Máy ép model MEV 2 x 22 RIAM Pellet Mill có năng suất 2 -3 T/h cho loại vạt liệu này Năng suất của thiết bị có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn tùy thuộc vào độ đều của nguyên liệu ép

và tính chất nguyên liệu

Phần vụn sẽ được phân laọi tại đây và hồi trở lại máy ép

Viên sau ép

Viên ép sẽ có tỷ trọng lớn hơn, đồng đều hơn về kích thước và

có chất lượng cao hơn

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VÀ TẠO HÌNH VIÊN

3.1 Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép và tạo hình viên phân hữu cơ vi sinh

Quá trình hình thành viên của máy ép viên là viên được tạo ra trên cơ

sở khe hở tồn tại giữa thể bột nguyên liệu Ở đây nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt độ, lực ma sát… tổng hợp lại khiến cho khoảng không của thể bột nhỏ lại mà hình thành viên có cường độ và độ chặt nhất định Máy ép viên có một số loại như máy ép viên kiểu 3 quả lô, kiểu 2 quả lô, kiểu khuôn vành quả lô hình côn,… Đặc điểm cơ bản của máy ép viên là truyền động hộp giảm tốc có thể tháy đổi 2 tốc độ hoặc truyền động bánh đai Khuôn bắt chặt trên trục rỗng quay và truyền động cho bánh răng lớn, quả lô ép bắt chặt trên trục đặc cố định Khuôn được kẹp chặt bằng ốp khuôn hoặc bu lông cố định tháo lắp thuận tiện và an toàn

Trên cơ sở một số mẫu máy nhóm đề tài tham khảo máy của các hãng như: CPM, Chính Xương, Kahl và đi đến lựa chọn những thông số chính của máy ép và tạo hình viên phân bón hữu cơ vi sinh như sau: [2]

- Với hãng Biihler: 3,17 ÷ 7,25 kW/dm2

- Với hãng Walter: 2,74 ÷ 4,77 kW/dm2

- Với hãng CPM: 4 ÷ 9,62 kW/dm2

- Với hãng Kahl: 2,83 ÷ 6 kW/dm2

Thông số 33-390 38-600 38-780 37-850 39-1000 Công suất 15 - 30kW 75kW 90 - 110kW 132kW 160 - 200kW

Đường kính lô 230mm 280mm 280mm

Đường kính khuôn 390mm 600mm 780mm 850mm 1000mm Kích thước viên 2mm - 30mm depending on material and requirements Khối lg máy 1,150 kgs 2,430 kgs 3,400 kgs 4,600 kgs 5,400 kgs

Bảng 3.1 -Đặc tính kỹ thuật cơ bản [6]

ID: là đường kính trong của khuôn O: là tổng chiều rộng của khuôn W: là chiều hữu hiệu của khuôn d: đường kính lỗ của khuôn L: chiều dài hữu hiệu của khuôn

Hình 3.1-Thông số kỹ thuật của khuôn vành