NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN BÙN HỮU CƠ 10 TẤNH

Đây là loại phân được sản xuất bằng cách trộn phế liệu hữu cơ với một lượng lớn các vi sinh vật đang hoạt động.. Trong các loại phế liệu hữu cơ, bùn cặn hữu cơ là loại chất thải có thể s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

PHÂN BÙN HỮU CƠ 10 TẤN/H

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

PHÂN BÙN HỮU CƠ 10 TẤN/H

Tác giả

ĐỖ LONG PHI

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành

Cơ khí chế biến bảo quản nông sản thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn:

TS Nguyễn Như Nam

Tháng 7 năm 2009

CẢM TẠ

Tôi xin chân thành cám ơn:

Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TPHCM

Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí – Công nghệ cùng quí thầy cô đã tận tình dạy

dỗ và truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức quí báu trong suốt thời gian học tập tại trường

Đặc biệt thầy Tiến sĩ Nguyễn Như Nam, giảng viên Khoa Cơ khí – Công nghệ Trường Đại học Nông Lâm TPHCM, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tập thể sinh viên lớp DH05CC đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế dây chuyền sản xuất phân bùn hữu cơ 10 tấn/h” được tiến hành trong thời gian từ 1/4 đến 15/7

Các kết quả thu được:

+ Mô hình đống ủ lựa chọn là ủ theo hình chóp núi

+ Thiết bị nghiền lựa chọn là máy nghiền búa va đập tự do, năng suất 12 tấn/h

+ Thiết bị định lượng lựa chọn là máy định lượng thể tích dạng băng tải, năng suất: máy định lượng phân vô cơ là 550 kg/h, máy định lượng phân bùn là 12 tấn/h

+ Thiết bị trộn lựa chọn là máy trộn thùng quay, năng suất 12 tấn/h

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i Cảm tạ ii Tóm tắt iii Mục lục iv

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 4

2.1 Đối tượng nghiên cứu 4

2.2 Bùn thải hữu cơ 4

2.2.1 Khái niệm 4

2.2.2 Một số tính chất cơ lí của bùn thải hữu cơ 5

2.3 Phân ủ hữu cơ 5

2.3.1 Khái niệm và phân loại 5

2.3.2 Vai trò của vi sinh vật trong quá trình ủ phân 6

2.3.4 Các quá trình xảy ra khi ủ phân 7

2.3.5 Phân ủ hoàn thiện và chưa hoàn thiện 8

2.3.6 Phương pháp đánh đống 9

2.4 Công nghệ sản xuất phân bùn hữu cơ từ bùn và chất thải 10

2.4.1 Nguyên liệu sản xuất phân bùn hữu cơ 10

2.4.2 Công nghệ sản xuất phân bùn hữu cơ 10

2.4.3 Các máy móc thiết bị dùng trong sản xuất phân bùn hữu cơ 11

2.5 Máy nghiền 11

2.5.1 Khái niệm nghiền 11

2.5.2 Nguyên tắc làm việc của máy nghiền 11

2.6 Máy định lượng 13

2.6.1 Nguyên tắc làm việc của máy định lượng 13

2.6.2 Các máy định lượng sản phẩm hạt rời 13

2.6.3 Phân loại máy định lượng sản phẩm hạt rời 14

2.6.3.1 Máy định lượng theo thể tích 14

2.6.3.2 Máy định lượng theo trọng lượng 14

2.7 Máy trộn vật liệu rời 14 2.7.1 Khái niệm 14

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 Nội dung nghiên cứu 20 3.2 Phương pháp nghiên cứu 20

3.2.1 Phương pháp điều tra thu thập thông tin 20

3.2.2 Phương pháp thiết kế lựa chọn sơ đồ công nghệ 20

3.2.3 Phương pháp tính toán thiết kế lựa chọn máy móc thiết bị 20

3.2.4 Phương pháp đo đạc xác định các tính chất cơ lý của nguyên liệu bùn

3.2.4.2 Dụng cụ đo đạc 21

3.2.4.3 Phương pháp tiến hành đo đạc 21

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

4.1 Điều tra xác định nguyên liệu dùng để sản xuất phân bùn hữu cơ 24

4.2 Xác định công nghệ và thiết bị sx phân bùn hữu cơ cho nhà máy thiết kế 25

4.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 25

4.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 27

4.3 Các dữ liệu công nghệ, máy và thiết bị phục vụ thiết kế 29

4.3.1 Dữ liệu công nghệ 29

4.4 Tính toán quá trình và lựa chọn hệ thống ủ 30

4.4.2 Lựa chọn mô hình đống phân ủ 30

4.5 Tính toán quá trình và lựa chọn thiết bị nghiền 30

4.5.1 Thông số công nghệ 30

4.5.2 Lựa chọn nguyên lý làm việc và mô hình máy nghiền thiết kế 31

4.5.3 Tính toán các thông số cơ bản của máy nghiền 32

4.5.3.1 Tính toán các thông số hình học của máy nghiền 32

4.5.3.2 Tính toán công suất của máy nghiền 33

4.6 Tính toán quá trình và lựa chọn thiết bị định lượng 33

4.6.2 Lựa chọn nguyên lý làm việc và mô hình máy định lượng thiết kế 33

4.6.3 Tính toán các thông số cơ bản của máy định lượng 35

4.6.3.1 Tính toán các thông số hình học của máy định lượng 35

4.6.3.2 Tính toán công suất của máy định lượng 36

4.7 Tính toán quá trình và lựa chọn thiết bị trộn 38

4.7.2 Lựa chọn nguyên lý làm việc và mô hình máy trộn thiết kế 38

4.7.3 Tính toán các thông số cơ bản của máy trộn 39

4.7.3.1 Tính toán các thông số hình học của máy trộn 39

4.7.3.2 Tính toán công suất của máy trộn 40

4.8 Lựa chọn các thiết bị khác trong hệ thống 41

4.8.2 Các máy móc, thiết bị vận chuyển và cấp liệu 41

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 45

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những thập niên qua, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật

đã làm biến đổi ngành nông nghiệp cổ truyền thành một nền nông nghiệp hiện đại,

đạt năng suất và sản lượng rất cao Trong đó có vai trò của các loại phân bón,

thuốc trừ sâu, trừ cỏ Tuy nhiên với việc sử dụng phân bón hóa học, trong vài

năm gần đây cho thấy môi trường đất ngày càng bị ô nhiễm, chất lượng nông sản

bị giảm

Để làm giảm các nguy cơ trên và để cải thiện chất lượng đất canh tác, các

nhà nông học đã hướng việc sử dụng phân bón hóa học bằng các loại phân bón có

nguồn gốc hữu cơ Nhờ vậy đã làm tăng dần chất hữu cơ trong đất, góp phần trực

tiếp và hiệu quả nhất trong việc cải tạo đất

Cùng với sự phát triển của xã hội, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng

trở thành vấn nạn nghiêm trọng

Sản xuất nông nghiệp của nước ta chiếm vị trí quan trọng, nhưng phần lớn

lượng phân bón dùng trong nước là do nhập từ nước ngoài Theo dự báo từ nay

cho đến hết 2010, mỗi năm sẽ phải nhập khoảng trên 500 nghìn tấn phân bón và

việc nhập khẩu chỉ có khả năng chấm dứt vào năm 2020 khi các nhà máy trong

nước sản xuất đủ lượng phân bón theo nhu cầu của thị trường

Có nhiều loại phân hữu cơ sinh học dùng trong nông nghiệp có khả năng

trả lại cho đất chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng mà cây trồng đã lấy đi để sinh

trưởng và phát triển, phân ủ hữu cơ là một trong số đó Đây là loại phân được sản

xuất bằng cách trộn phế liệu hữu cơ với một lượng lớn các vi sinh vật đang hoạt

động Những vi sinh vật này sẽ sinh sôi nảy nở và chết đi trong một chu kỳ sống

rất ngắn, để lại phần xác giàu đạm và nhiều chất dinh dưỡng khác

Trong các loại phế liệu hữu cơ, bùn cặn hữu cơ là loại chất thải có thể sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất phân ủ hữu cơ (hiếu khí) vì:

+ Sản lượng bùn thải rất lớn, nếu tính riêng ở TPHCM có 8 triệu dân sử dụng nước thải sinh hoạt, mỗi ngày một người tạo ra 50 g bùn cặn (tính trung bình), toàn thành phố có hơn 400 tấn/ngày Bùn cặn tạo ra trong xử lý nước thải công nghiệp cũng có số lượng tương đương Với số lượng gần 200 - 300 ngàn tấn/năm là quá lớn để sử dụng phương pháp đốt, còn chôn sẽ tốn rất nhiều diện tích đất, thời gian và kinh phí để ổn định bùn, tránh ô nhiễm nước ngầm, đất và không khí xung quanh nơi chôn lấp

+ Nếu đưa bùn cặn vào sản xuất phân ủ hữu cơ bằng phương pháp hiếu khí, các vi sinh vật háo khí (ưa ấm và ưa nhiệt) sẽ phân giải triệt để các chất ô nhiễm độc hại có trong bùn thải thành các chất có giá trị dinh dưỡng cho cây trồng

+ Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong bùn cặn khá cao, chỉ thấp hơn phân người và các loại khô dầu Sẽ rất phí phạm nếu đem đốt đi, còn chôn lấp sẽ làm cho vi sinh vật yếm khí phát triển sinh ra các chất có mùi hôi, các axit hữu cơ gây ô nhiễm môi trường đất, nước ngầm và không khí

+ Trong bùn cặn có nước tự do và nước liên kết Nước tự do (60 – 65 %) tương đối dễ tách, nước liên kết (30 – 35 %) khó tách hơn nhiều Trong các phương pháp xử lí bùn cặn cần tách nước để ổn định bùn và giảm thể tích trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Công việc này cần có phương tiện kỹ thuật, tài chính

và thời gian rất lớn Trong khi sản xuất phân ủ hữu cơ không yêu cầu khử nhiều nước trước vì tỉ lệ độ ẩm tối ưu cho phân ủ từ 60 – 70 %, do vậy sẽ tiết kiệm được nhiều công sức và tiền bạc

Xuất phát từ những nguyên nhân trên và do nhu cầu bức thiết của thực tế, được sự đồng ý của Khoa Cơ khí - Công nghệ, bộ môn Máy sau thu hoạch và chế biến, dưới sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Như Nam, tôi tiến hành thực hiện

đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế dây chuyền sản xuất phân bùn hữu cơ 10 tấn/h”

1.2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu công nghệ và thiết kế dây chuyền thiết bị sản xuất phân bùn hữu cơ từ nguồn bùn hữu cơ thải ra trong sinh hoạt, sản xuất và các loại phế liệu hữu cơ khác

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Biến chất thải dạng bùn hữu cơ thành phân bón có ý nghĩa cả về xã hội, môi trường và kinh tế

Chương 2

TỒNG QUAN

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bùn hữu cơ thải ra trong sinh hoạt, sản

xuất và dây chuyền máy móc thiết bị để chế biến chúng thành phân bùn hữu cơ 2.2 Bùn thải hữu cơ

2.2.1 Khái niệm

Là bùn thải phát sinh từ việc nạo vét kênh rạch, cống thoát nước và ở các doanh nghiệp, chủ yếu là các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm, nước giải khát, chế biến thủy sản Còn bùn thải công nghiệp đa số thuộc nhóm chất thải nguy hại, chứa nhiều độc tố và kim loại nặng nên không phải là bùn thải hữu cơ

+ Bùn thải phát sinh từ việc nạo vét kênh rạch và cống thoát nước: trong dòng bùn này có nhiều loại bùn thải được nạo vét từ những nguồn khác nhau nhưng bản chất và thành phần tương đối giống nhau như: có dạng sệt, màu đen, mùi hôi thối cao, lẫn nhiều chất hữu cơ, tạp chất, cát đá, rác Lượng bùn này cần phải được phân loại, đối với loại bùn chứa hàm lượng chất dinh dưỡng thấp, chịu lực tốt (thành phần đất sét chiếm tỉ lệ lớn), không có độc tố (kim loại nặng) thì có thể dùng cho việc san lấp mặt bằng Đối với loại bùn thải có chứa hàm lượng kim loại nặng hay nhiễm dầu thì phải chôn lấp an toàn Đối với loại bùn có hàm lượng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng cao lại không có hoặc có ít các thành phần nguy hại thì dùng làm nguyên liệu cho việc sản xuất phân bón

+ Bùn thải hữu cơ không nguy hại: dòng bùn này chủ yếu phát sinh ở hệ thống xử lý nước thải, cống rãnh thoát nước của các doanh nghiệp, nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy chế biến thủy sản và một phần phát sinh trong quy trình sản xuất

Ví dụ: Tại các hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy như: Nhà máy sữa Thống Nhất, nhà máy sữa Trường Thọ, nhà máy dầu thực vật Tân Bình, nhà máy Bia Sài Gòn, nhà máy Bia Việt Nam, Công ty Acecook… sau một thời gian vận hành thì tại bể lắng của các hệ thống này đều phát sinh rất nhiều bùn thải Trong thành phần nước thải sản xuất của các nhà máy trên chứa rất nhiều chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng cho nên dòng bùn thải từ các hệ thống này có các thành phần hữu cơ, dinh dưỡng cao nhiều đạm và protein Dòng bùn thải này có mức độ ô nhiễm môi trường như: mùi hôi thối cao, nước chứa trong bùn thải có độ ô nhiễm cao sẽ rất nguy hại nếu đi vào môi trường nước

2.2.2 Một số tính chất cơ lí của bùn thải hữu cơ

+ Bùn hữu cơ khó bảo quản, có mùi khó chịu, nguy hiểm về phương diện

vệ sinh vì chứa nhiều trứng giun sán

+ Thành phần chủ yếu của bùn hữu cơ gồm: 60 – 80 % chất hữu cơ, 3,5 – 4,5 % N, 2 – 2,5 % P, 0,2 – 0,3 % K, 5 – 15 % Ca, độ ẩm bùn cặn từ 92 – 96 %

2.3 Phân ủ hữu cơ

2.3.1 Khái niệm và phân loại

Phân ủ hữu cơ là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải các phế liệu hữu cơ như cỏ, rơm, rạ, rác thải hữu cơ nông nghiệp, công nghiệp nhờ vi sinh vật (phế liệu hữu cơ sử dụng trong đề tài là bùn thải hữu cơ và một số loại chất thải hữu cơ khác) Bón phân ủ cho cây là cách tiết kiệm nhất để trả lại cho đất chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng mà cây trồng đã lấy đi để sinh trưởng và phát triển như đạm, lân, kali và các chất dinh dưỡng khác

Có hai loại phân ủ: một là chỉ cần trộn các phế liệu hữu cơ thô với nhau Đây là phương pháp tĩnh vì không có quá trình lên men Loại thứ hai là trộn phế liệu hữu cơ với một lượng lớn các vi sinh vật đang hoạt động Những vi sinh vật này sẽ sinh sôi nảy nở và chết đi trong một chu kỳ sống rất ngắn, để lại phần xác giàu đạm và nhiều chất dinh dưỡng cho cây xanh Hơn nữa loại phân ủ này còn chứa các chất như glucô, cồn, axit min và các khoáng chất được tạo ra trong quá trình lên men Những chất đó cũng là nguồn dinh dưỡng cho các vi sinh vật trong đất để sinh sôi nảy nở Các vi sinh vật và các enzim được tạo ra sẽ phân hủy thêm

các chất hữu cơ trong đất và tạo ra các chất dinh dưỡng tương tự Chu kì này cải thiện đáng kể điều kiện sinh học của đất

2.3.2 Vai trò của vi sinh vật trong quá trình ủ phân

Vi sinh vật giữ vai trò quyết định trong quá trình ủ phân Không có sự tham gia của vi sinh vật, phế liệu không chuyển được thành mùn để nuôi cây và cải tạo đất Các vi sinh vật này có khả năng phân giải chất xơ thành đường, đạm hữu cơ thành các axit min, quặng thành lân dễ tiêu

Trong đất, trong rác có hai loại vi sinh vật: vi sinh vật yếm khí (kị khí) và

vi sinh vật hiếu khí (thoáng khí) Phụ thuộc vào điều kiện ủ phân (cách ủ phân) mà

vi sinh vật này hay vi sinh vật kia hoạt động

Trong điều kiện ủ phân yếm khí là sau khi trộn các thành phần để ủ phân, đống phân được trát kín không cho không khí lọt qua Trong điều kiện này các vi sinh vật yếm khí sẽ hoạt động

Ngược lại nếu đống phân chỉ được che đậy sơ sơ bằng rơm rạ hoặc lá chuối

để chống mưa nắng, không khí sẽ dễ dàng lọt qua Ngoài ra đống phân còn được đảo trộn để bổ sung không khí Trong điều kiện này các vi sinh vật hiếu khí sẽ hoạt động Trong quá trình ủ thoáng khí, nhiệt độ lên men có thể lên đến 50 - 60o

C và thậm chí lên đến 70o C, tùy loại và điều kiện của chất liệu thô Quá trình lên men thoáng khí tạo ra nhiều chất như glucô, cồn, axit min và các hợp chất khác Phân ủ lên men thoáng khí là phân ủ chất lượng cao

Các vi sinh vật yếm khí hoạt động trong quá trình phân hủy yếm khí Các

vi sinh vật này không hoạt động trong đất và nước, nơi có ôxi tự do, mà chỉ hoạt động mạnh trong môi trường thiếu ôxi tự do Chúng thở bằng ôxi lấy từ các chất

bị ôxi hóa Trong quá trình phân hủy yếm khí, nhiệt độ lên men không vượt quá

45o C Trong điều kiện lên men yếm khí tạo ra các axit hữu cơ có hại cho cây trồng

Phân ủ tạo ra hai dạng mùn trong đất: dạng trung tính và dạng axit Mùn được tạo ra trong quá trình phân hủy thoáng khí là mùn trung tính và rất có lợi cho đất Ngược lại chất mùn được tạo ra trong quá trình lên men yếm khí có tính axit

sẽ làm tăng độ chua của đất

Phân ủ chất lượng tốt nhờ quá trình lên men thoáng khí

Trong đất, trong rác có sẵn các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải rác Tuy nhiên chúng có số lượng rất ít do đó thời gian ủ kéo dài từ 3 - 6 tháng tùy thuộc vào nguyên liệu Thời gian ủ có thể rút ngắn bằng cách bổ sung các vi sinh vật đã được lựa chọn kĩ về hoạt tính phân giải của chúng Đây là các vi sinh vật hiếu khí Bằng cách này mật độ vi sinh vật có ích trong đống phân sẽ tăng lên gấp hàng trăm lần Qua đó có thể rút ngắn thời gian phân giải từ 2 - 3 tháng, chất lượng phân ủ tốt hơn

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phân ủ

a Độ ẩm và không khí

Quá ẩm hoặc quá khô đều ảnh hưởng xấu đến sự phân hủy Quá ẩm sẽ làm ôxi (không khí) khó lọt qua đống phân, và tạo điều kiện cho vi sinh vật yếm khí hoạt động Quá khô sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các vi sinh vật vì vi sinh vật cần độ ẩm Tạo được độ ẩm và không khí tối ưu cho đống phân ủ sẽ giúp cho quá trình ủ phân diễn ra nhanh và chất lượng phân tốt

b Nhiệt độ

Nhiệt độ tăng là quá trình ủ phân diễn ra tốt Các loại mầm bệnh cũng bị tiêu diệt Tuy nhiên không nên để nhiệt độ tăng quá 60o C Ở nhiệt độ này nhiều vi sinh vật có ích cũng sẽ bị tiêu diệt Muốn giảm nhiệt độ, chỉ cần đảo lại đống phân Nhiệt độ tối ưu cho đống phân ủ là 50 - 60o C

c Nguồn đạm (nitơ) trong nguyên liệu

Cacbon (C) và đạm (N) là thức ăn chính của vi sinh vật phân giải chất thải thành phân ủ Nếu nguyên liệu phân ủ thiếu đạm thì quần thể vi sinh vật kém phát triển

d Kích thước nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu trong đống phân càng nhỏ bề mặt tiếp xúc với vi sinh vật càng tăng, tốc độ phân giải càng nhanh

2.3.4 Các quá trình xảy ra khi ủ phân

Quá trình lên men xảy ra ngay sau lúc đánh đống thường là thoáng khí, lượng ôxi trong đống ủ được sử dụng một cách nhanh chóng và khí cacbonic tích

tụ dần Quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra nhanh cùng với quá trình tích tụ nhiệt Nhưng sau một thời gian sẽ xảy ra hiện tượng thiếu ôxi và quá trình lên men

sẽ chuyển từ thoáng khí sang yếm khí Đống phân ủ cần phải được đảo để giải phóng lượng cacbonic tích tụ bên trong, đồng thời để đưa ôxi vào trong đống ủ Ngoài ra trong quá trình đảo cũng nên chú ý cân bằng độ ẩm, để làm cho quá trình lên men được đồng nhất Đảo đống ủ là một việc quan trọng để tạo ra phân ủ chất lượng tốt và việc này cần phải làm tùy theo đặc tính của các chất liệu thô được ủ

Có sự khác nhau đáng kể giữa quá trình lên men của các phế thải có xơ mềm và xơ cứng Nhưng nhìn chung nhiệt độ lên men sẽ được tích tụ tăng dần trong vòng 24 giờ sau khi ủ

Nhiệt độ ủ men cũng khác nhau, tùy theo từng chất liệu và kích cỡ của đống ủ Nhiệt độ có thể lên đến 55 - 65o C trong vòng 3 ngày và sẽ được giữ nguyên trong vòng 1 - 2 tuần Nhiệt độ ủ men tăng rất mạnh trong giai đoạn đầu Nhiệt độ cao cho thấy các vi sinh vật đang hoạt động và hô hấp mạnh Nếu nhiệt

độ ủ men giảm là dấu hiệu đang thiếu ôxi do đó cần phải đảo ngay

2.3.5 Phân ủ hoàn thiện và chưa hoàn thiện

Phân ủ chưa hoàn thiện là một đống phân ủ bị bỏ, không chăm sóc trong một thời gian dài và có mùi do quá trình thối rữa Các vi khuẩn yếm khí sẽ chiếm

ưu thế và lượng nitơ cũng sẽ mất đi theo quá trình khử nitrat Ngoài ra lượng phốtpho và kali cũng mất đi do bị rửa trôi Yếu tố quan trọng nhất quyết định độ màu của đất là mùn cũng bị phân hủy và mất đi Nếu bón phân ủ loại này sẽ làm tăng độ chua của đất và gây hại cho cây trồng, làm tăng khả năng bị thối và cháy

rễ

Phân ủ hoàn thiện

Các vi sinh vật hiếu khí và kị khí không bắt buộc sẽ lên men cho phân ủ hoàn thiện Các axit hữu cơ có hại và các chất độc trong nguyên liệu đều được loại

bỏ hoàn toàn

Đặc tính của phân ủ hoàn thiện

+ Màu nâu hoặc đen bóng, hơi ấm khi sờ và thoát ra một mùi men dễ chịu

Vì không mất các chất hữu cơ khi ủ men nên tỉ lệ tạo mùn trong đất tương đối cao

+ Thúc đẩy bộ rễ phát triển khỏe mạnh, tăng hiệu quả của phôtphat, kali, silicat và các nguyên tố vi lượng khác, cho phép cây xanh phát triển khỏe mạnh hơn

+ Hạn chế rửa trôi nitơ, thúc đẩy việc sinh sản các vi khuẩn cố định đạm, các xạ khuẩn và các vi sinh vật có ích khác trong đất

2.3.6 Phương pháp đánh đống

Có rất nhiều cách đánh đống phân: đánh đống theo hình chóp núi, đánh đống trong hộp, đánh đống trong hố và nhiều cách khác Điểm mấu chốt ở đây là cần phải có một lượng không khí phù hợp lưu chuyển qua đống phân ủ, đồng thời vẫn phải tích lũy được nhiệt độ lên men cần thiết

Độ cao của đống phân ủ nên vào khoảng 1,5 – 2 m Nếu đống ủ cao quá 2

m, việc tích lũy nhiệt là lý tưởng, nhưng sức nặng của các vật liệu sẽ đè nặng lên phần bên dưới, làm cho nó bị nén cứng và yếm khí Mặt khác nếu đống ủ quá thấp, nhiệt độ tích lũy sẽ yếu và tốc độ phân hủy sẽ chậm hơn

Nếu đánh đống dưới 10 tấn phân ủ, chiều rộng lý tưởng của đống là 2 m, và nên đánh đống theo hình chữ nhật Không nên đánh đống theo hình vuông, vì như vậy không khí sẽ khó lọt vào giữa đống ủ Nếu đánh đống trên 20 tấn, nên để chiều ngang rộng 3 - 4 m theo hình chữ nhật với độ cao là 1,5 m

Có thể đánh đống một lượng phân ủ lớn ngoài trời theo hình chóp núi, với chiều cao khoảng 2 m và rộng 3 – 4 m Nên che phần đỉnh của đống để giữ nhiệt

và chống mưa Cũng nên có các biện pháp giúp thoáng gió

2.3.7 Các tiêu chuẩn kỹ thuật của phân bùn hữu cơ

Hiện nay việc sử dụng bùn hữu cơ để sản xuất phân ủ hữu cơ vẫn chưa phổ biến nên chưa có tiêu chuẩn cụ thể cho phân bùn hữu cơ Do đó ta lấy tiêu chuẩn của phân hữu cơ vi sinh để làm tiêu chuẩn cho phân bùn hữu cơ (TCVN 7185:2002)

Theo Công ty KH – CN – MT Quốc Việt (2009), phân bùn hữu cơ sau khi sản xuất ra phải đạt được những tiêu chuẩn trong bảng 2.1:

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn kỹ thuật của phân bùn hữu cơ

2.4 Công nghệ sản xuất phân ủ hữu cơ từ bùn và chất thải

2.4.1 Nguyên liệu sản xuất phân bùn hữu cơ

Nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất phân bùn hữu cơ gồm:

+ Bùn cặn hữu cơ

+ Phế liệu hữu cơ nông, lâm, công nghiệp

+ Các chất phụ gia

+ Giống vi sinh vật

2.4.2 Công nghệ sản xuất phân bùn hữu cơ

Phân bùn hữu cơ được sản xuất chủ yếu bằng cách trộn bùn hữu cơ và các loại phế liệu hữu cơ khác với một số lượng lớn các vi sinh vật, sau đó đem ủ trong điều kiện kị khí hoặc hiếu khí Trong quá trình ủ các vi sinh vật này sẽ phân giải triệt để các chất ô nhiễm độc hại có trong bùn thải thành các chất có giá trị dinh dưỡng cho cây trồng Sau khi ủ xong tiến hành nghiền, sàng, định lượng thêm các thành phần vô cơ, trộn đều, vo viên (theo nhu cầu) rồi đóng bao, lưu kho

Giữa 2 loại phân ủ được lên men trong điều kiện kị khí và hiếu khí thì phân

ủ lên men thoáng khí đạt được chất lượng cao hơn và rất tốt cho cây trồng

Sơ đồ công nghệ sản xuất phân bùn hữu cơ trong điều kiện lên men hiếu khí được trình bày trên hình 2.1:

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phân bùn hữu cơ

2.4.3 Các máy móc, thiết bị dùng trong sản xuất phân bùn hữu cơ

Các máy móc, thiết bị chủ yếu dùng trong sản xuất phân bùn hữu cơ gồm:

2.5.1 Khái niệm nghiền

Nghiền là quá trình phá hủy vật thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn lực hút phân tử của vật thể rắn đó

Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều phần tử cũng như hình thành nên nhiều bề mặt mới

2.5.2 Nguyên tắc làm việc của máy nghiền

a Nguyên tắc va đập tự do (Hình 2.2a)

Vật liệu nghiền từ máng cung cấp rơi vào buồng nghiền trong trạng thái rơi

lơ lửng sẽ được các búa nghiền đập vỡ, các mảnh vỡ văng vào phần nhám xung

Bùn hữu cơ, phế thải

hữu cơ, than bùn…

quanh hai bên hông buồng nghiền và tiếp tục vỡ ra, các hạt bột sẽ lọt qua lưới sàng Bột có thể được hứng tại đó hoặc người ta bố trí các bộ phận phụ trợ khác để thu bột nghiền như: vít tải, quạt, cyclone

b Nguyên tắc cắt nghiền vỡ (Hình 2.2b)

Gồm hai trục cuốn quay ngược chiều với vận tốc dài khác nhau, trên bề mặt

có răng khía, các răng khía kẹp vật nghiền lại rồi nghiền vỡ

c Nguyên tắc chà xát vỡ (Hình 2.2c)

Gồm hai đĩa có thể bằng đá hoặc kim loại quay với vận tốc khác nhau, có thể một đĩa đứng yên Trên bề mặt làm việc có các rãnh hoặc các gân nổi dạng xương cá Vật nghiền sẽ được chà xát ở khe giữa hai đĩa

d Nguyên tắc ép dập vỡ (Hình 2.2d)

Gồm một hoặc nhiều cặp trục trơn Hai trục trong cùng một cặp quay ngược chiều nhau với vận tốc dài bằng nhau Vật nghiền từ máng cung cấp sẽ đi qua khe hở giữa các cặp trục và được ép vỡ

Hình 2.2: Các nguyên tắc nghiền

a Nguyên tắc va đập tự do; b Nguyên tắc cắt nghiền vỡ;

c Nguyên tắc chà xát vỡ; d Nguyên tắc ép dập vỡ

2.6 Máy định lượng

2.6.1 Nguyên tắc làm việc của máy định lượng

Có hai phương pháp định lượng vật liệu là phương pháp thể tích và phương pháp khối lượng Phương pháp định lượng thể tích có sai số từ 2 ÷ 3 % nên chỉ áp dụng khi đo lường sơ bộ Phương pháp định lượng theo khối lượng có thể đạt sai

số định lượng thấp khoảng 0,1 % nên được áp dụng khi cần đo lường chính xác các cấu tử của hỗn hợp

Các máy định lượng làm việc theo nguyên tắc định lượng thể tích có cấu tạo, sử dụng hay sửa chữa đơn giản Tuy nhiên chúng không đảm bảo độ chính xác cao

Các máy định lượng làm việc theo nguyên tắc khối lượng (cân) tiến hành định lượng từng phần hay liên tục Việc thực hiện tự động kiểm tra và điều khiển máy dễ dàng Máy có khả năng đảm bảo mức độ định lượng chính xác cao nhưng chúng lại có cấu tạo phức tạp và có giá thành cao

Việc lựa chọn phương pháp định lượng, dạng máy định lượng phụ thuộc vào các tính chất cơ lí và cỡ hạt của sản phẩm định lượng: sản phẩm rời, sản phẩm lỏng, sản phẩm bột nhão

Các máy định lượng phải dễ điều chỉnh khi thay đổi hay bố trí lại lượng nguyên liệu cần định lượng mà vẫn đảm bảo độ tin cậy, độ chính xác theo yêu cầu công nghệ

2.6.2 Các máy định lượng sản phẩm hạt rời

Để định lượng sản phẩm hạt rời, người ta dùng các máy định lượng thể tích

và khối lượng, định lượng liên tục và từng phần

Trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm, phân bón,…, máy định lượng thể tích làm việc liên tục cũng được dùng như cơ cấu cấp liệu để cấp sản phẩm hay vật liệu vào máy Máy định lượng thể tích làm việc liên tục cấp sản phẩm thành

dòng đồng đều, trong đó thể tích sản phẩm đưa vào theo đơn vị thời gian được xác định bằng tốc độ cấp liệu hay bằng tiết diện ngang của dòng sản phẩm Trường hợp thứ nhất thì tiết diện ngang của dòng là hằng số, trường hợp thứ hai thì tốc độ cấp liệu là hằng số

Khi tiết diện của dòng không đổi, người ta đặt vào các trang bị định lượng những cơ cấu dẫn động đặc biệt để điều chỉnh tốc độ cấp liệu trong phạm vi rộng Trường hợp thứ hai các trang bị định lượng cần có những cơ cấu để thay đổi tiết diện của dòng sản phẩm cung cấp vào

Những máy định lượng cấp liệu tác dụng liên tục thường gặp là loại thùng, đĩa, vít tải, băng tải, máng lắc, piston, rung lắc và dao động cũng như loại trọng lượng làm việc tự động và bán tự động

2.6.3 Phân loại máy định lượng sản phẩm hạt rời

2.6.3.1 Máy định lượng theo thể tích

Gồm:

+ Máy định lượng kiểu tang

+ Máy định lượng kiểu đĩa

+ Máy định lượng kiểu vít tải

+ Máy định lượng kiểu băng

2.6.3.2 Máy định lượng theo trọng lượng

xếp lại chúng dưới tác dụng của ngoại lực Hỗn hợp tạo ra như thế để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi năng lượng

2.7.2 Phân loại máy trộn vật liệu rời

a Phân loại theo phương pháp làm việc

Theo phương pháp làm việc các máy trộn hỗn hợp rời hoạt động theo 3 phương pháp cơ học sau:

+ Sự chuyển động của các cánh trộn

+ Sự quay của thùng có chứa hỗn hợp trộn

+ Cho hỗn hợp cần trộn đi qua một lỗ phun

b Phân loại theo nguyên tắc làm việc

Theo nguyên tắc làm việc người ta chia máy trộn làm hai loại: liên tục và gián đoạn

Thuộc về máy trộn làm việc gián đoạn gồm những loại sau:

+ Máy trộn thùng quay

+ Máy trộn cánh nằm ngang, thẳng đứng

+ Máy trộn vít tải đứng

+ Máy trộn lớp sôi có cánh đảo

Thuộc về máy trộn làm việc liên tục gồm những loại sau:

+ Máy trộn vít tải ngang

+ Máy trộn ly tâm

c Phân loại theo nguyên tắc cấu tạo

Về cấu tạo máy trộn gồm hai loại chính sau đây:

Máy trộn có bộ phận trộn quay

Loại này được dùng phổ biến trong nông nghiệp gồm các kiểu: vít tải, cánh gạt, hành tinh, cánh quạt…, ưu điểm chủ yếu của loại này là chất lượng cao, dễ nạp và xả liệu, dễ sử dụng, làm việc liên tục được, có thể trộn vật liệu ở trạng thái khô, ẩm, lỏng Nhược điểm là khó làm sạch nhất khi trộn ẩm, mức tiêu thụ điện năng cao

Máy trộn thùng quay

Loại này gồm kiểu trống, lập thể, côn…được dùng rộng rãi trong công nghiệp Ưu điểm của loại này là có cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch, công suất thấp Nhược điểm là tốc độ trộn thấp, làm việc gián đoạn, thể tích hữu ích thấp, không thể trộn nguyên liệu dính

Cấu tạo máy trộn thùng quay

Máy trộn thùng quay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Trong công nghiệp hóa học sử dụng để trộn các phối liệu, trong công nghiệp thực phẩm để trộn các loại hạt liệu rời…

Yêu cầu của vật liệu đưa vào trộn phải rời xốp, độ kết dính nhỏ và cho phép làm dập nát Máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhưng đối với loại thùng nằm ngang cũng có thể làm việc liên tục Cấu tạo của máy gồm: thùng trộn, bộ phận dẫn động và bộ phận đỡ

Thùng trộn có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau để tạo ra dòng vật liệu chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ Thông thường là hình trụ nằm ngang (hình 2.3a) hoặc thẳng đứng (hình 2.3b) Loại này dễ chế tạo, dễ lắp ráp, dễ điều chỉnh Để trộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn cho phép nghiền, người ta dùng thùng quay lục giác nằm ngang (hình 2.3c) Loại thùng quay hình trụ chéo (hình 2.3f) bảo đảm trộn nhanh chóng và chất lượng cao vì ở đây thực hiện đồng thời cả trộn chiều trục lẫn trộn hướng kính, cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền

Loại thùng hình trụ kép chữ V (hình 2.3g) dùng khi cần trộn hiệu quả cao Máy dùng để trộn các hỗn hợp có yêu cầu độ trộn đều cao như premix, thuốc thú y dạng bột,… Ở loại máy trộn này có đầy đủ cả năm quá trình trộn đã nêu

Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ, trục quay thường đi qua theo đường kính ống (hình trụ), hay trong những trường hợp riêng

có thể trùng với đường tâm của hình trụ Trong loại máy trộn này, hiệu quả trộn được tăng lên nhờ trộn được vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của hình nón Trên hình 2.3d và 2.3e trình bày cấu tạo máy trộn hình côn đứng và máy trộn hình côn ngang

Hình 2.3: Các dạng máy trộn thùng quay

a Kiểu trục nằm ngang; b Kiểu hình trụ thẳng đứng; c Kiểu lục giác nằm ngang;

d Kiểu hình côn đứng; e Kiểu hình côn nằm ngang; f Kiểu hình trụ chéo;

g Kiểu chữ V; h Kiểu nồi

Máy trộn dạng nồi quay (hình 2.3h) gồm chủ yếu có bình chứa dạng lập phương quay trên trục nằm ngang với đường tâm quay của bình chứa trùng với đường chéo chính của nó Việc sử dụng hình dạng lập phương thay cho dạng hình trụ là do ở trong những hình trụ dài khó đảm bảo việc trộn đều và tháo sản phẩm nhanh chóng Trộn trong nồi quay rất có hiệu quả và còn có thể tăng thêm hiệu quả mạnh hơn nhờ lắp thêm những cánh đảo quay theo hướng ngược chiều quay của nồi

Cấu tạo máy trộn có bộ phận quay

Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay bao gồm các cơ cấu trộn, thùng trộn

và bộ phận dẫn động

Máy trộn dải băng xoắn (hình 2.4a) thuộc loại máy trộn vận chuyển Việc trộn được tiến hành bằng băng xoắn Băng xoắn ngoài việc trộn vật liệu còn có tác dụng làm dịch chuyển vật liệu trộn Thùng trộn của máy trộn dải băng thường có dạng máng hay bình kín Để chuyển chỗ sản phẩm khi trộn ở hai hướng ngược chiều nhau, trong một vài cấu tạo của máy trộn dùng băng xoắn người ta lắp hai dải băng có đường vít trái và vít phải Dải băng được cố định trên trục Trong trường hợp trộn sản phẩm rời rắn và đồng thời làm ẩm vật liệu thì trục máy trộn phải có những cào đặc biệt Để làm sạch thành máng, băng phải quay với khe hở thành thùng khoảng vài milimet

Máy trộn dạng cánh đảo cũng thuộc loại máy trộn vận chuyển (hình 2.4b,c) Việc khuấy trộn được tiến hành bằng cánh đảo, thông thường thì các cánh này được lắp chặt trên trục nằm ngang Các máy trộn loại này có thể làm việc liên tục hay gián đoạn

Máy trộn kiểu vít tải có thể làm việc gián đoạn hay liên tục Ở máy trộn vít tải cánh đứt (hình 2.4d) thực hiện trộn vật liệu bằng cả năm quá trình trộn Nó được sử dụng khi vừa trộn vừa vận chuyển vật liệu Để đảo trộn mãnh liệt hơn ta

sử dụng máy trộn vít tải hai trục Các bộ phận của loại máy này tương tự như ở máy trộn cánh nhưng trục trộn ở đây dài hơn và cánh phải nằm trên bề mặt vít hoặc cánh liền thành bề mặt vít Như vậy máy trộn vít tải cánh đứt là trường hợp riêng của máy trộn cánh Máy trộn vít tải thẳng đứng (hình 2.4e) làm việc gián đoạn gồm có cơ cấu trộn dạng vít tải đứng nằm trong ống khuếch tán Ở máy trộn này vật liệu được tuần hoàn nhiều lần và đảo trộn khá mạnh nên được dùng để trộn những sản phẩm dạng bột

(a) (b) (c)

cơ quay để quay vít theo trục thẳng đứng của thùng Vít xoắn được truyền động từ động cơ qua hộp giảm tốc tới khớp các đăng Sau thời gian đảo trộn đạt yêu cầu,

mở van chắn của ống tháo sản phẩm để thu hồi sản phẩm bột hỗn hợp

Để trộn vật liệu dạng bột khô, người ta còn dùng máy trộn ly tâm Cấu tạo của máy gồm vỏ cố định, rôto hình nón cụt có gắn các cánh trộn và có các lỗ vào cửa thông liệu Quá trình cứ tiếp tục như thế cho tới khi đạt yêu cầu

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm:

+ Xác định các nguyên liệu dùng để sản xuất phân bùn hữu cơ

+ Xác định công nghệ sản xuất phân bùn hữu cơ cho nhà máy thiết kế + Các dữ liệu công nghệ, máy và thiết bị phục vụ thiết kế

+ Tính toán quá trình và lựa chọn hệ thống ủ

+ Tính toán quá trình và lựa chọn thiết bị nghiền

+ Tính toán quá trình và lựa chọn thiết bị định lượng

+ Tính toán quá trình và lựa chọn thiết bị trộn

+ Lựa chọn các thiết bị phụ trợ khác

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp điều tra thu thập thông tin

+ Nghiên cứu tài liệu, sách báo từ thư viện và trên internet các thông tin liên quan đến vấn đề đang nghiên cứu

+ Tìm hiểu, nghiên cứu và kế thừa các công nghệ sản xuất đã có

+ Trực tiếp tham khảo ý kiến từ giáo viên, người hướng dẫn

3.2.2 Phương pháp thiết kế, lựa chọn sơ đồ công nghệ

Phải thiết kế, lựa chọn sao cho đơn giản, ít tốn kém nhưng phải thỏa mãn các yêu cầu công nghệ, kỹ thuật, phù hợp với khả năng tại nơi lắp đặt

3.2.3 Phương pháp tính toán, thiết kế, lựa chọn máy móc thiết bị

Tính toán, thiết kế, lựa chọn máy móc thiết bị phải phù hợp với công nghệ, năng suất chung của toàn hệ thống và các tính chất cơ lý của nguyên liệu được gia công

3.2.4 Phương pháp đo đạc xác định các tính chất cơ lí của nguyên liệu bùn hữu cơ dùng sản xuất phân bón

Các tính chất cơ lí của bùn hữu cơ gồm: khối lượng thể tích, khối lượng riêng, độ ẩm

3.2.4.1 Các khái niệm

Khối lượng thể tích: là khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó, bao

gồm các khoảng trống và khe hở trong khối chất đó

Khối lượng riêng: là khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó (thể tích

mà chất chiếm chỗ)

Độ ẩm: là tỉ lệ phần trăm giữa lượng nước chứa trong một chất so với tổng

khối lượng của chất đó

3.2.4.2 Dụng cụ đo đạc: gồm:

+ Cân 1kg

+ Ống nghiệm 100 ml

3.2.4.3 Phương pháp tiến hành đo đạc

Các thí nghiệm được tiến hành theo phương pháp thực nghiệm, gồm các bước chính sau:

+ Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn, các mẫu thí nghiệm cũng được lấy một cách ngẫu nhiên

+ Tiến hành thí nghiệm: tiến hành phân tích, đo đạc các mẫu với các dụng

cụ thích hợp

+ Xử lý các số liệu đo đạc được

Tùy từng đại lượng cần đo mà có các phương pháp cụ thể ứng với từng đại lượng