KỸ THUẬT SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ CHẤT THẢI RẮN CỦA QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN RAU QUẢ

Ở Việt Nam hiện nay, các ngành sản xuất, kinh doanh và dịch vụ ngày càng phát triển nhưng cũng tạo ra một lượng lớn chất thải. Chất thải nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm khi thải ra môi trường, đặc biệt là chất thải rắn.Quá trình chế biến rau quả cũng là một trong những quá trình thải ra một lượng tương đối chất thải rắn cần được xử lý. Sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải rắn hữu cơ là một phương pháp xử lý vừa lại đem lại hiệu quả kinh tế lại hạn chế ô nhiễm môi trường.

Đề tài:

KỸ THUẬT SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ

TỪ CHẤT THẢI RẮN CỦA QUÁ TRÌNH

CHẾ BIẾN RAU QUẢ

Đặt vấn đề

Ở Việt Nam hiện nay, các ngành sản xuất, kinh doanh và dịch vụ ngày càng phát triển nhưng cũng tạo ra một lượng lớn chất thải Chất thải nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm khi thải ra môi trường, đặc biệt là chất thải rắn

Quá trình chế biến rau quả cũng là một trong những quá trình thải ra một lượng tương đối chất thải rắn cần được xử lý

Sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải rắn hữu cơ là một phương pháp xử

lý vừa lại đem lại hiệu quả kinh tế lại hạn chế ô nhiễm môi trường

1 Đặc điểm chung của chất thải rắn trong quá trình chế biến rau quả

2 Cơ sở của kỹ thuật sản xuất phân bón hữu cơ từ CTR của chế biến rau quả

3 Các phương pháp sản xuất phân bón hữu cơ từ CTR của chế biến rau quả

4 Hiệu quả ứng dụng kỹ thuật sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải rắn của chế biến dứa tại công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao

Nội dung

Phần 1 Đặc điểm chung của chất thải rắn trong quá trình chế biến rau quả

1 Khái quát chung về chất thải rắn

 Định nghĩa:

Chất thải rắn(CTR) là toàn bộ vật chất không phải dạng lỏng hoặc dạng khí được con người loại bỏ trong các hoạt động kinh tế xã hội

 Phân loại chất thải rắn

Nguồn gốc phát sinh Tính chất độc hại Thành phần hóa học

• Chất thải rắn sinh hoạt

• Chất thải rắn hữu cơ

• Chất thải rắn vô cơ

 Tình trạng chất thải rắn hữu cơ ở nước ta hiện nay

Lượng chất thải rắn sinh hoạt không ngừng tăng, mỗi năm tăng trung bình 10%

- Tăng nhanh ở các đô thị lớn : Hà Nội, tp HCM, Đà Nẵng

- Tăng chậm hơn ở các đô thị nhỏ : Thái Bình, Nam Định, Sóc Trăng, An Giang,…

Tổng lượng chất thải rắn hữu cơ năm 2015 là 6,5 triệu tấn

Các biện pháp xử lí chưa thực sự hiệu quả, diễn ra trên quy mô nhỏ lẻ

 Tình trạng chất thải rắn ở nước ta hiện nay

Nội dung 2007 2008 2009 2010 Dân số đô thị (tr.người) 23,8 27.7 25.5 26.2

Tỷ lệ dân sô đô thị so với cả

 Tình trạng chất thải rắn ở nước ta hiện nay

 Một số phương pháp xử lí chất thải rắn hiện nay

 Phương pháp sinh học

Sản xuất phân hữu cơ (xử lý hiếu khí)

Sản xuất khí sinh học (phân huỷ yếm khí)

 Phương pháp đốt

 Công nghệ ép điện

 Phương pháp chôn lấp

2 Chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả

 Nguồn gốc

Là phần thực phẩm thừa bị loại bỏ trong quá trình sơ chế nguyên liệu hoặc sau chế biến

 Đặc điểm

◦ Là chất thải rắn hữu cơ, dễ bị phân hủy sinh học, khi phân hủy tạo mùi khó chịu

◦ Thành phần chất rắn bay hơi:7-15% tổng chất rắn

◦ Thành phần lignin: 0,4% chất rắn bay hơi

◦ Phần phân hủy sinh học: 0,82%

◦ Độ ẩm: 50-80% ( trung bình 70%)

◦ Trọng lượng riêng trung bình: 228 kg/cm³

Độ ẩm (%) Chất bay hơi (%) Cacbon cố định (%)

Bảng 2.3: Thành phần của 1 số chất thải rau quả sau chế biến

Bảng 2.4: Hàm lượng chất khoáng trong chất thải rau quả

Phần 2

Cơ sở kỹ thuật sản xuất phân bón

hữu cơ

1 Quy trình chung sản xuất phân bón hữu cơ

CTR của quá trình chế biến rau quả

N,P,K,…

phân bón hữu cơ

2 Cơ sở của phương pháp.

 Vai trò của vi sinh vật

Tham gia các phản ứng thủy phân và oxy hóa

Quá trình thủy phân

Nấm mốc và xạ khuẩn đóng vai trò quan trọng do chúng sản sinh ra các enzym như: amilaza, xenllutaza ,lingo xenllulaza , pectinaza…

Quá trình oxy hóa :

Các vi khuẩn có vai trò quan trọng như: Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrospira,…

VSV phân giải cellulose

Vi khuẩn hiếu khí :Arzotobacter, Vibrio, Bacillus…

Xạ khuẩn : Micromonospora, Streptomyces,…

Vi nấm : Nấm mốc Ascomysetes, Trichoderma,…

VSV phân giải protein

Nhóm VK nitrit hoá : Nitrozomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira

Nhóm VK nitrat hoá (oxi hoá NO2– thành NO3–): Nitrobacter, Nitrospira và

Nitrococcus

Nhóm VK cố định nitơ :Clostridium pastenisium

VSV phân giải tinh bột

Apergillus candidus, A Oryzae , Rhizopus, Bacillus sublitis , Fusarium, Rhizopus

VSV phân giải phosphate

Chủ yếu thuộc hai chi: Bacillus và Pseudomonas

 Nguyên tắc lựa chọn chủng VSV

Các chủng vi sinh vật có khả năng sinh hệ enzyme cellulase cao và ổn

định

 Sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện thực tế của đống ủ

 Có tác dụng cải tạo đất và có lợi cho thực vật khi sản xuất được phân ủ bón vào đất

 Không độc cho người, cây trồng, động vật và vi sinh vật hữu ích trong đất

 Nuôi cấy dễ dàng, sinh trưởng tốt trên môi trường tự nhiên, thuận lợi cho quá trình xử lý

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí

 Độ ẩm : 55-56%

 W < 55% : thời gian kéo dài

 W > 65% : CTR bết bị nén gây yếm khí cục bộ

 pH: 6,5-8,0 (5-9)

Ban đầu, pH nguyên liệu ủ khoảng 5 – 7

Sau 2 – 4 ngày ủ, pH giảm do tạo axit hữu cơ

Khi nhiệt độ tăng, pH tăng dần theo xu hướng hơi kiềm

 Ảnh hưởng của oxi

Nếu thiếu oxi quá trình trở nên yếm khí và có mùi khó chịu

Có thể cung cấp oxi bằng thổi khí, hút khí, đảo và khuấy trộn (tăng độ xốp)

Phần 3 Các phương pháp sản xuất phân

bón hữu cơ

Các phương pháp sản xuất phân bón hữu cơ từ CTR của quá

trình chế biến rau quả

Sản xuất phân bón hữu cơ

(organic fertilizer)

Sản xuất phân bón hữu cơ

(organic fertilizer)

Ủ hiếu khí (aerobic composting)

Ủ đảo trộn Ủ thổi

khí

Ủ thiết bị nhỏ

Hệ thống CN

1 Phương pháp ủ đống không đảo trộn, có phân phối

khí (Aerobic static pile composting)

 Cách tiến hành

• Phế thải được chất thành các luống cao 2.0 – 2.5 m kết hợp thông khí cưỡng bức Hệ thống cấp khí được bố trí dọc theo luống, mỗi luống có 1 máy cấp khí phục vụ riêng

Hệ thống cấp khí sử dụng thiết bị hút chân không.

 Đặc điểm của phương pháp

Kém linh hoạt do chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả phải có độ xốp tương đối (>20%) Độ xốp có vai trò quan trọng đảm bảo khí được phân phôi đều khắp đống ủ

Phải có lớp mùn phủ bên ngoài để tránh mùi

Cần ủ chín

Thời gian: 6 – 12 tuần

Độ ẩm: 50 – 60%

 Ưu, nhược điểm của phương pháp

 Ưu điểm

Quá trình chuyển hóa nhanh, ít gây ô nhiễm môi trường

Thời gian ủ ngắn hơn so với phương pháp ủ lên men tự nhiên có đảo trộn

Có thể ủ 1 khối lượng tương đối lớn chất thải hữu cơ

Dễ kiểm soát nhiệt độ, nồng độ oxy trong luống ủ Hệ thống thông khí làm giảm nhiệt độ ủ thích hợp với sự phát triển của nhiều loại VSV

 Nhược điểm

Tốn kém chi phí cho hệ thống thông khí cưỡng bức

Hệ thống cung cấp khí có thể tắc nghẽn, do đó cần phải tu sửa và bảo trì thường xuyên

Tốn diện tích bố trí các luống ủ

2 Phương pháp sản xuất phân hữu cơ bằng hệ thống

lên men trong các thiết bị

 Cách tiến hành

Chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả sau khi xử lý sơ bộ và phối trộn

sẽ được đưa vào thùng kín ( thùng kim loại hoặc bê tông) để ủ

Quá trình ủ phân compost được tăng tốc bằng việc duy trì các điều kiện tốt nhất cho VSV hoạt động

Các điều kiện được kiểm soát bằng hệ thống sục khí và khuấy trộn để thúc đẩy sự phân hủy

- Hệ thống thông khí đảm bảo khí được phân phối đều khắp thùng ủ

- Hệ thống khuấy trộn cũng phá vỡ các hạt, giúp các vi sinh vật tiếp cận tốt hơn với vật chất hữu cơ để phân hủy

Thiết bị ủ dạng

đứng Thiết bị ủ nằm ngang

 Đặc điểm

Phương pháp có kiểm soát thông khí và nhiệt độ

Tạo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của VSV

- Hàm lượng oxy tối ưu cho hoạt động hiếu khí: > 10%

- Độ ẩm thích hợp: 40-60% (tối ưu 52 – 58%)

- Nhiệt độ ủ tối ưu: 40 – 55°C

VSV có thể có sẵn trong chất thải của quá trình chế biến rau quả hoặc được bổ sung để thúc đẩy quá trình phân hủy

Thời gian: 7 – 14 ngày

Sau khi chất thải phân hủy trong thùng kín cần có giai đoạn ủ chín để ổn định tính chất của phân bón hữu cơ

 Ưu, nhược điểm của phương pháp

 Ưu điểm

Điều kiện ủ ( dòng khí vào, nhiệt độ, nồng độ oxy) được kiểm soát chặt chẽ, giảm sự ảnh hưởng của thời tiết

Dễ tự động hóa tiết kiệm nhân công

Tốn ít diện tích đất nhất trong các phương pháp

Chất lượng sản phẩm tốt hơn

Hạn chế mùi hôi thối bốc ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ

 Nhược điểm

Vốn đầu tư và chi phí vận hành lớn

Thiết kế phức tạp và cần trình độ cao,phải bảo trì thường xuyên

Cần ủ chín sau đó

Công suất bị hạn chế bởi kích thước của thùng

3 Phương pháp ủ thành đống lên men tự nhiên có đảo trộn

 Đặc điểm

Đây là phương pháp ủ ngoài trời, cổ điển nhất

Cho phân hữu cơ có chất lượng cao

Nhiệt độ trung bình trong quá trình ủ: 550C

Độ ẩm duy trì: W = 50- 60%

Phương trình tổng quát:

Chất hữu cơ + VSV + O2 → Tế bào mới + CO2 + H2O + NH3 + Q(Kcal)(C, H, O, N)

 Quá trình ủ

a) 4 tuần đầu: Ủ có đảo trộn

- Rác được chất thành từng luống có chiều cao 1.5- 2.5m, rộng 3- 3.5m

- Không chất rác thành các đống ủ quá lớn, sẽ làm xuất hiện các vùng kị khí tại

trung tâm Còn nếu đổng ủ quá nhỏ thì sẽ mất nhiệt nhanh và nhiệt độ không

đủ tiêu diệt VSV gây bệnh

+ Tiêu diệt các VSV gây bệnh, ấu trùng, côn trùng, …

+ Đảo trộn còn có tác dụng xé nhỏ các phần tử rác để gia tăng diện tích bề mặt và các vật liệu được trộn lẫn với nhau

- Hoạt động của VSV:

+ Sau 3 ngày tạo đống ủ, nhiệt độ tăng lên đến 60 – 700C, các hợp chất như Protein, chất béo, xenlulose, hemixenlulose bị phân hủy bị phân hủy nhanh chóng

+ Trong giai đoạn này, vi khuẩn hoạt động là chủ yếu Nhiệt độ cao là do quá trình trao đổi chất của vi khuẩn tạo ra Nhiệt độ cao giúp tiêu diệt các mầm

bệnh, sâu bệnh, hạt cỏ và rễ cỏ

+ Trong suốt giai đoạn này, VK có nhu cầu rất cao về O2 Nếu không cung cấp

đủ O2 (quá trình đảo trộn), sự phát triển của Vk gặp trở ngại, xuất hiện các

vùng yếm khí và gây ra mùi khó chịu

b) Các tuần tiếp theo: Ủ không đảo trộn.

- Khi các hợp chất hữu cơ đã được chuyển hóa bởi vi khuẩn, nhiệt độ

đống ủ sẽ giảm xuống dưới 450C

- Nhiệt độ giảm, các sợi mấm và xạ khuẩn bắt đầu xuất hiện và tiếp tục

phân hủy các chất còn lại trong đống ủ

- Cuối giai đoạn, khi đống ủ mất đi khoảng ½ thể tích, có màu tối, màu mỡ

là có thể sử dụng được

 Ưu, nhược điểm của phương pháp

Ưu điểm:

+ Dễ thực hiện, rẻ, dùng cho chất thải ít gây mùi

+ Rất linh hoạt dùng cho nhiều loại rác thải và có thêm rác sau khi đã bắt đầu ủ

Nhược điểm:

+ Mất vệ sinh, gây ô nhiễm nước và không khí

+ Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết

+ Quá trình đảo trộn làm thất thoát một lượng lớn Nito

Phần 4 Hiệu quả ứng dụng kỹ thuật sản xuất phân hữu cơ từ chất thải rắn của quá trình chế biến dứa tại Công ty thực

phẩm Đồng Giao

1 Đánh giá nguồn phụ phẩm chế biến dứa và bã dứa

Hàng năm, phụ phẩm dứa, bã dứa thải ra từ các nhà

máy chế biến có một khối lượng đáng kể Năm

2000, tổng phụ phẩm dứa từ các cơ sở chế biến là

11.491 tấn trong đó bã dứa là 6.601 tấn

Việc tận dụng nguồn phụ phẩm bã dứa làm phân

bón sinh học sẽ tăng thêm lợi ích kinh tế đồng thời

giảm ô nhiễm môi trường

 Theo dây chuyền sản xuất nước dứa cô đặc công suất

5000 tấn sản phẩm /1 năm (hoàn thành từ tháng 6/2001)

của nhà máy thực phẩm xuất khẩu Đồng Dao

 Quả dứa được bỏ chồi, ngọn ,cuống rồi rửa và ép cả quả

Cứ 10 kg nguyên liệu cho khoảng 1 kg chính phẩm còn

lại là phụ phẩm, tỷ lệ bã dứa chiếm 35 – 40%

 Khi dây chuyền hoạt động hết công suất, hàng năm cần

50000 tấn quả, lượng bã dứa thải ra khoảng 20000 tấn.

 Bã dứa chứa1 tỷ lệ khá cao các chất đạm, đường và 1 số

thành phần khác Bã dứa có hàm lượng đường dễ tan cao

nên thuận lợi cho quá trình lên men, hàm lượng

xenllulozo cao

Sản xuất thành phân bón từ bã dứa sẽ là nguồn cung

cấp chất hữu cơ lý tưởng cho đất trồng.

Sản phẩm nước dứa cô đặc

2.Tính ưu việt của sản xuất phân hữu cơ từ phụ phẩm của chế biến dứa.

Làm sạch môi trường nên không bị coi là phế thải mà được coi là nguyên

sản phẩm cây trồng an toàn hơn Giá thành rẻ phù hợp với khả năng tài chính của nông dân

Tổng kết

 Chế biến rau quả là quá trình thải ra một lượng lớn chất thải rắn hữu cơ

 Xử lý chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả bằng biện pháp sản xuất phân bón hữu cơ là biện pháp đem lại hiệu quả kinh tế đồng thời hạn chế gây

ô nhiễm môi trường

 Các nhà máy chế biến rau quả nên chú trọng ứng dụng kỹ thuật sản xuất

phân bón hữu cơ với chất thải rau quả sau chế biến để cung cấp nguồn phân bón cho các vùng nguyên liệu của nhà máy

Tài liệu tham khảo

Slide bài giảng “Kỹ thuật xử lý chất thải trong công nghệ thực phẩm” – TS Lê Thanh Hà

Báo cáo môi trường quốc gia 2011 – Chất thải rắn - Bộ tài nguyên và môi

Cảm ơn cô và các bạn đã

chú ý lắng nghe!