NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆPNGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ AN ĐINH THÁI BÌNH Ngành:

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC

THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ AN

ĐINH THÁI BÌNH Ngành: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC Niên khoá: 2005 – 2009

Tháng 08/2009

SINH HOẠT ĐÔ THỊ

Tác giả

NGUYỄN THẾ AN ĐINH THÁI BÌNH

Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Công nghệ Hoá học

Giáo viên hướng dẫn:

ThS LÊ TẤN THANH LÂM

Tháng 08/2009

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng kính trọng và biết ơn, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh, là những người đã tận tình truyền đạt những kiến thức hữu ích và quý báu trong suốt quá trình học Đại học từ năm 2005 – 2009

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Lê Tấn Thanh Lâm, người đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt nhiều bài học và kiến thức cần thiết để chúng em có thể hoàn thành tốt khóa luận và vững bước trên con đường sắp tới

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám đốc, các anh chị công tác trong phòng Kế hoạch - Kỹ thuật – Tổng hợp của xí nghiệp quản lý nước thải Đà Lạt và phòng Kỹ thuật của Công ty phân bón Thiên Sinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em thực tập, tham quan trong suốt quá trình làm khóa luận của mình

Xin cảm ơn tất cả các bạn sinh viên lớp DH05HH đã quan tâm, giúp đỡ, động viên và chia sẽ những niềm vui, nỗi buồn trong suốt 4 năm Đại học cũng như trong thời gian thực hiện khóa luận

Lời cuối cùng, chúng con xin dành trọn lòng biết ơn sâu sắc đến ông bà, cha mẹ

đã luôn yêu thương, chăm sóc, động viên và luôn dành cho chúng con những gì tốt đẹp nhất để đạt được những kết quả như ngày hôm nay

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm tác giả thực hiện

Nguyễn Thế An Đinh Thái Bình

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu và sản xuất phân hữu cơ từ nguồn nguyên liệu bùn thải

của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị” đã được tiến hành tại khoa Công

nghệ Môi trường - Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, thời gian từ 01/03/2009 đến 30/07/2009 Đề tài bao gồm những nội dung cơ bản như sau:

Tìm hiểu các loại phân hữu cơ, quy trình sản xuất phân hữu cơ, và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân

Khảo sát các đặc tính của bùn thải, các nghiên cứu về bùn thải đã được thực hiện ở Việt Nam hiện nay

Phân tích các chỉ tiêu Nitơ trong bùn thải được thu nhận từ nhà máy xử lý nước thải Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng cho thấy hàm lượng Nitơ cao (% N = 3,2 ) thích hợp cho việc sản xuất phân hữu cơ Vì tỉ lệ C/N thấp nên cần phải bổ sung thêm các nguyên liệu khác để đạt được tỉ lệ C/N tối ưu là 20 - 30/1

Tiến hành phân tích các chỉ tiêu về Nitơ, Carbon, độ ẩm trong nguyên liệu bổ sung Từ đó xác định nguyên liệu bổ sung thích hợp cho quá trình làm phân hữu cơ với bùn thải là rơm rạ và bã mía dựa vào tỉ lệ C/N

Tiến hành ủ mẻ 1 sử dụng vi sinh vật có sẵn trong phân bò Kết quả phân tích hàm lượng Nitơ tổng, nhiệt độ, độ ẩm cho thấy khả năng phân giải chất hữu cơ chưa đạt yêu cầu Từ đó tìm ra nguyên nhân và hướng khắc phục cho mẻ ủ 2

Tiến hành ủ mẻ 2 sử dụng chế phẩm sinh học BioVAC thay cho phân bò, giảm

sự thất thoát nhiệt bằng cách cho các nghiệm thức vào thùng xốp cách nhiệt, các nguyên liệu được xử lý sơ bộ trước khi đem ủ Kết quả phân tích cho thấy Nitơ hữu hiệu tăng dần (ở nghiệm thức BBS – 1.1, Nitơ hữu hiệu đã tăng từ 0,228% đến 0,578%), Nitơ tổng giảm dần (ở nghiệm thức BBS – 1.1 Nitơ tổng đã giảm từ 2,463% đến 1,385%), sản phẩm thu được sau 30 ngày trở nên ổn định, không có mùi hôi thối, màu nâu sẩm đặc trưng Nhiệt độ tăng nhưng vẫn chưa đạt đến mức yêu cầu Hàm lượng các chất dinh dưỡng %N = 1,251, %P = 0,262, %K = 0,25 thu được tuy chưa đạt

tỉ lệ phân bón hiện hành nhưng có tỉ lệ cao hơn so với các loại phân hữu cơ được làm

từ các nguyên liệu khác

Tiến hành ủ mẻ 3 với quy trình tương tự như mẻ 2, đồng thời bổ sung thêm phân bò để khảo sát sự thay đổi của hàm lượng Nitơ hữu hiệu Chấp nhận sự thất thoát

về nhiệt độ trong khi ủ khi cho vào các thùng xốp vì khối ủ nhỏ Kết quả cho thấy rằng, khi có thêm phân bò khả năng phân hủy diễn ra mạnh mẽ, hàm lượng Nitơ hữu hiệu tăng ở mức cao

Ứng dụng kết quả thu được và quá trình tham quan thực tế tại nhà máy sản xuất phân bón Thiên Sinh để thiết kế quy trình sản xuất quy mô công nghiệp với năng suất

là 50 tấn/ngày Giá thành sản xuất 1kg phân bón theo tiêu chuẩn 10TCN 526 – 2002 là 976.74 VNĐ

ABSTRACT

Subject “the research and procedure organic fertilizer from digested sludge

of municipal wastewater treatment plant” was made in Department of

Invironmental Teachnology – The University of Agriculture and Forestry, priod of time from 01/03/2009 to 30/07/2009 In which incluces basically following contents:

Learning about some kinds of organic fertilizer, produce process and affected factor to gloomy pile

Carry out survey digested slugde property, researchs on it that implemented in Viet Nam today

Analysis on Nito target was taken from Da Lat city of Lam Dong province showed that disgested slugde has high Nito content (%N = 3.2) suitable for produce organic fertilizer Nevertheless, with lowed C/N ratio that necessary to supplement Carbon target

Analysis on targets as Carbon, Nito, moisture in supplemented materials that was taken from Thu Duc district of Ho Chi Minh city, then determine suitable in them for proceduring organic fertilizer with disgested slugde is straw and bagasse depend on C/N ratio

Carry out experiment 1 used available microorganism in cow pat The analytical result for total Nito, temperture, moisture targets showed that decomposition

of organic matter is lower expectation Thence, find out the reason and the way to overcome in the next time

Carry out experiment 2 used biological material BioVAC replaces for cow pat, reduces thermal energy loss by put piles on isulating cask Raw materials were tackled

as reduce size and supplement moisture before gloomy making The result showed that effective Nito target gradually increase (as in BBS – 1.1 treatment, effective Nito has raised from 0.228% to 0.578%) and total Nito taget gradually decrease (such as in BBS – 1.1 treatment has reduced total Nito from 2.463% to 1.385%) Produce after 30 days become stable, smelly odourless, duck color Temperature was higher than fisrt experiment, but had not gotten expectation yet Nutritional contents %N = 1.251, %P = 0.262, %K = 0.25 in produce got higher than organic fertilizers that was made from

other sewage, but had not gotten Vietnamise Standard about organic fertilizer 10TCN

526 – 2002

Carry out experiment 3 similar with experiment 2 process, stimutaneous supplement cow pat to survey the change of effective Nito target Acception temperure loss in gloomy pile when inserting in isulating cask because of small pile The result showed that, when having cow pat, decomposition of organic matter occurred become stronger than experiment 2, effective Nito always increases in high level with 0.784 content representative

Hands-on experiments were taken out from visiting Thien Sinh organic fertilizer factory and applies the received result to design produce process in industry scale with productivity is 50 tons per day Cost price for 1kg organic fertilizer following 10TCN 526 – 2002 standard is 976.74 VND

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x

DANH SÁCH CÁC HÌNH xi

DANH SÁCH CÁC BẢNG xii

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2.1 Mục tiêu tổng quát 2

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.3.1 Địa điểm 2

1.3.2 Thời gian 2

1.3.3 Chỉ tiêu phân tích 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 3

1.4.1 Tổng hợp tài liệu 3

1.4.2 Thực địa 3

1.4.3 Kiểm tra mẫu đầu vào 3

1.4.4 Kiểm tra sản phẩm trong quá trình ủ 3

1.4.5 Kiểm tra sản phẩm đầu ra 3

1.4.6 Làm báo cáo 3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5.1 Lấy mẫu 3

1.5.2 Ủ 3

1.5.3 Phân tích 3

1.5.4 Thống kê và xử lí số liệu 3

1.6 Ý nghĩa của đề tài 4

1.6.1 Môi trường 4

1.6.2 Kinh tế 4

1.6.3 Xã hội 4

Chương 2 5

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5

2.1 Định nghĩa phân hữu cơ 5

2.2 Phân loại 5

2.2.1 Phân chuồng 5

2.2.2 Phân rác 5

2.2.3 Phân xanh 6

2.2.4 Phân vi sinh 6

2.3 Các nghiên cứu trong nước 6

2.3.1 Xử lý bùn thải phục vụ sản xuất công nông nghiệp 6

2.3.2 Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải chứa kim loại nặng bằng ứng dụng quá trình ổn định hóa rắn 6

2.3.3 Sản xuất phân hữu cơ chất lượng cao từ rác 7

2.4 Các phương pháp sản xuất phân hữu cơ 8

2.4.1 Phương pháp hiếu khí 8

2.4.2 Phương pháp yếm khí 8

2.4.3 Phương pháp tùy nghi [6] 9

2.5 Sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải bằng phương pháp yếm khí 9

2.5.1 Nguyên liệu bổ sung 11

2.5.2 Quy trình sản xuất 12

2.5.3 Sự phân giải của bùn trong quá trình ủ 12

2.5.4 Các quá trình vi sinh trong khi ủ 14

2.5.5 Chế phẩm sinh học BioVAC 15

2.5.6 Các yếu tố ảnh hưởng 16

2.5.7 Kết quả của quá trình ủ phân 17

Chương 3 18

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Bố trí thí nghiệm 18

3.1.1 Thí nghiệm thăm dò 18

3.1.2 Lựa chọn các nguyên liệu bổ sung 18

3.1.3 Lấy mẫu bùn thải 20

3.1.4 Bố trí nghiệm thức 20

3.1.5 Kiểm soát quá trình ủ phân 21

3.2 Tiến hành ủ phân và phân tích các chỉ tiêu 21

3.2.1 Ủ phân 21

3.2.2 Phân tích hàm lượng Carbon trong nguyên liệu bổ sung 23

3.2.3 Phân tích hàm lượng Nitơ tổng 24

3.2.4 Phân tích hàm lượng Nitơ dễ tiêu trong sản phẩm bằng phương pháp Kjeldahl

26

3.2.5 Phân tích hàm lượng Nitơ dễ tiêu trong sản phẩm bằng phương pháp Nessler 28 3.2.6 Xác định độ ẩm của phân 30

Chương 4 31

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 Kết quả phân tích nguyên liệu đầu vào 31

4.1.1 Bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt 31

4.1.2 Nguyên liệu bổ sung 32

4.2 Thí nghiệm 1: Mẻ 1 35

4.2.1 Kết quả phân tích nhiệt độ, độ ẩm 35

4.2.2 Kết quả phân tích Nitơ tổng 36

4.3 Thí nghiệm 2: Mẻ 2 38

4.3.1 Cách thực hiện 38

4.3.2 Kết quả phân tích nhiệt độ, độ ẩm 39

4.3.3 Kết quả phân tích Nitơ tổng mẻ 2 42

4.3.4 Kết quả phân tích Nitơ hữu hiệu mẻ 2 43

4.3.5 So sánh hiệu quả khi ủ bùn thải với nguyên liệu rơm rạ và với bã mía 47

4.3.6 Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng Nitơ trong khi ủ 48

4.3.7 Các kết quả phân tích chất lượng sản phẩm của mẻ 2 49

4.3.8 Nhận xét thí nghiệm 2 50

4.4 Thí nghiệm 3: Mẻ 3 50

4.4.1 Kết quả phân tích Nitơ hữu hiệu 50

4.4.2 Ảnh hưởng của thời gian ủ lên hai nghiệm thức BBS-1 và BBS-2 của mẻ 3 52

4.4.3 Nhận xét thí nghiệm 3 53

4.5 Nhận xét chung các thí nghiệm 53

4.6 Mở rộng 54

4.6.1 Quy trình 54

4.6.2 Nhà xưởng 59

4.6.3 Thiết bị máy móc 60

4.6.4 Tính toán kinh tế 61

Chương 5 66

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Phụ lục 1 – HÌNH ẢNH MINH HỌA

Phụ lục 2 – CHI TIẾT CÁC BẢNG ANOVA VÀ LSD

Phụ lục 3 – ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ CÓ TRONG QUY TRÌNH Phụ lục 4 – KẾT QUẢ GỬI MẪU PHÂN TÍCH

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TCN: Tiêu Chuẩn Ngành

C/N: Tỉ lệ Carbon/Nitơ

LSD: Least Significant Difference

ANOVA: Analysis Of Variance

PSM: Phosphate Solubilizing Microorganisms

TK: Tinh khiết

OC: Organic Carbon

OM: Organic Material

NT: Nghiệm thức

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Quy trình sản xuất phân hữu cơ 12

Hình 2.2: Tiến trình phát triển của vi sinh vật 14

Hình 3.1: Giao diện chính của phần mềm stagraphic 19

Hình 3.2: Giao diện dùng để nhập số liệu 19

Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm lấy mẫu 20

Hình 3.4: Quy trình ủ phân 22

Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của nhiệt độ, độ ẩm của mẻ 1 36

Hình 4.2: Đồ thị kết quả phân tích hàm lượng Nitơ tổng mẻ 1 37

Hình 4.3: Đồ thị nhiệt độ của sản phẩm mẻ 2 39

Hình 4.4: Đồ thị độ ẩm của sản phẩm mẻ 2 41

Hình 4.5: Đồ thị kết quả phân tích hàm lượng Nitơ tổng mẻ 2 42

Hình 4.6: Đồ thị kết quả phân tích hàm lượng Nitơ hữu hiệu mẻ 2 43

Hình 4.7: Đồ thị đường hiệu của nghiệm thức BBS-2.1, BBS-2.2 45

Hình 4.8: Đồ thị đường hiệu của nghiệm thức BBS-1.1, BBS-1.2 46

Hình 4.9: Đồ thị Nitơ hữu hiệu nghiệm thức BBS-1, BBS-2 51

Hình 4.10: Bùn thải của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Đà Lạt 55

Hình 4.11: Thiết bị nghiền, sàng (công ty sản xuất phân bón Thiên Sinh) 55

Hình 4.12: Rơm rạ và bã mía được băm nhỏ 56

Hình 4.13: Máy trộn thùng quay (công ty sản xuất phân bón Thiên Sinh) 56

Hình 4.14: Khối ủ lên men 57

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.2: Nguồn gốc các loại bùn cặn trong trạm xử lý nước thải đô thị điển hình 10

Bảng 2.3: Thành phần hóa học của các loại bùn cặn (theo % trọng lượng khô) 11

Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm thăm dò 18

Bảng 3.2: So sánh các loại nguyên liệu bổ sung theo tỉ lệ C/N 19

Bảng 3.3: Số thí nghiệm ủ phân 20

Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm kiểm soát quá trình ủ 21

Bảng 4.1: Thông số về bùn thải 31

Bảng 4.2: Thông số về các loại phân gia súc và gia cầm 31

Bảng 4.3: Hàm lượng Carbon (%) trong các nguyên liệu đầu vào 32

Bảng 4.4: Hàm lượng Nitơ trong nguyên liệu bổ sung 32

Bảng 4.5: Tỉ lệ C/N của nguyên liệu bổ sung 32

Bảng 4.6: Bảng ANOVA lựa chọn nghiệm thức tối ưu cho quá trình ủ 33

Bảng 4.7: So sánh các nghiệm thức LSD 33

Bảng 4.8: Thông số của nguyên liệu đầu vào 34

Bảng 4.9: Bảng tính toán khối lượng và tỉ lệ nguyên liệu ủ 35

Bảng 4.10: Thông số nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm mẻ 1 35

Bảng 4.11: Kết quả phân tích Nitơ tổng mẻ 1 36

Bảng 4.12: Thông số nhiệt độ của sản phẩm mẻ 2 39

Bảng 4.13: Phân tích ANOVA sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian mẻ 2 39

Bảng 4.14: Phân tích LSD sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian mẻ 2 40

Bảng 4.15: Thông số độ ẩm của mẻ 2 40

Bảng 4.16: Phân tích ANOVA sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian mẻ 2 41

Bảng 4.17: Phân tích LSD sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian mẻ 2 41

Bảng 4.18: Kết quả phân tích Nitơ tổng mẻ 2 42

Bảng 4.19: Số liệu Nitơ hữu hiệu mẻ 2 43

Bảng 4.20: Số liệu đường hiệu của Nitơ mẻ 2 45

Bảng 4.21: So sánh quá trình ủ bùn thải với nguyên liệu rơm rạ và với bã mía 47

Bảng 4.22: Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng Nitơ với độ tin cậy 95% 48

Bảng 4.23: Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng Nitơ với độ tin cậy 98% 48

Bảng 4.24: Phân tích LSD tác động của thời gian lên các nghiệm thức 48

Bảng 4.25 Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm phân ủ 49

Bảng 4.26: Số liệu phân tích Nitơ hữu hiệu mẻ 3 50

Bảng 4.27: Thành phần hoá học của phân bò tươi 51

Bảng 4.28: Bảng ANOVA ảnh hưởng của thời gian ủ 52

Bảng 4.29: Bảng LSD ảnh hưởng của thời gian ủ mẻ 3 52

Bảng 4.30: Nhu cầu dinh dưỡng cho từng loại cây trồng 58

Bảng 4.31: Khối lượng sản phẩm sau khi phối trộn 59

Bảng 4.32: Chi tiết diện tích để xây dựng nhà máy 59

Bảng 4.33: Dự trù các thiết bị sản xuất 60

Bảng 4.34: Xây dựng nhà xưởng 61

Bảng 4.35: Thiết bị 61

Bảng 4.36: Phụ kiện và chi phí thi công 62

Bảng 4.37: Các loại phân vô cơ 62

Bảng 4.38: Vi sinh vật 63

Bảng 4.39: Nhân công và nhiên liệu 63

Bảng 4.40: Nguyên liệu 63

Bảng 4.41: Điện năng 63

Bảng 5.1: So sánh sản phẩm phân ủ với tiêu chuẩn 10TCN 526 -2002 67

Nhưng bên cạnh những mặt tích cực thì không mấy ai có thể nhìn thấy trước được các hậu quả khủng khiếp mà các loại hóa chất này tác động lên sức khỏe của con người và lên môi trường như thể nào

Cây trồng chăm bón bằng phân hóa học sẽ được đáp ứng đầy đủ dinh dưỡng, có

sự phát triển nhanh Tuy nhiên sự phát triển nhanh như vậy sẽ làm cho cấu trúc các mô bào của cây chứa nhiều nước hơn và hậu quả là cây trồng rất mẫn cảm với các loại bệnh, đồng thời chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng

Các công trình nghiên cứu khoa học đã cho thấy phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật có liên quan tới các hiện tượng ô nhiễm nguồn nước, đất đai cằn cỗi, thoái hóa và

bị xói mòn Không những thế nó còn là yếu tố ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của con người

Một giải pháp hợp lý cho vấn đề này mà đã được rất nhiều người tìm hiều và nghiên cứu đó là phân hữu cơ Phân hữu cơ giúp tạo nên sự phì nhiêu của đất canh tác,

từ đó tạo nên sự mạnh khỏe và vững bền cho cây trồng để chúng nâng cao khả năng chống chịu sâu bệnh, đảm bảo cho cây trồng và con người sống trong một môi trường

an toàn, không bị nhiễm độc Dùng phân hữu cơ sẽ tạo được sự cân bằng về môi trường sinh thái, tăng hiệu lực của phân hóa học, đồng thời góp một phần hết sức quan trọng khác đó là xử lý ô nhiễm môi trường từ rác thải và bùn thải

Ở các thành phố lớn hiện nay ngoài vấn nạn về rác thải thì vấn nạn về bùn thải cũng đang làm đau đầu các nhà chức trách và các nhà quản lý môi trường Đa số các loại bùn thải này đều xuất phát từ các khu công nghiệp nên có hàm lượng kim loại nặng, độc hại cao rất khó xử lý để làm phân hữu cơ Nhưng bùn thải từ hệ thống nước thải sinh hoạt đô thị nếu được quản lý tốt thì có thể sử dụng để làm nguồn nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ

Qua nghiên cứu thực địa thấy rằng bùn thải của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt đã đáp ứng rất tốt yêu cầu trên Đồng thời nhà máy cho biết rằng cũng chưa tiến hành xử lý với loại bùn này Có thể thấy việc sản xuất loại bùn trên làm phân hữu cơ là hướng nghiên cứu rất có triển vọng, nó vừa giải quyến được vấn đề về môi trường lại vừa có thể giúp cho việc hỗ trợ kinh tế thêm đối với nhà máy

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu tổng quát

Sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải của hệ thống xử lý nước sinh hoạt đô thị theo tiêu chuẩn 10TCN 526-2002

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Nghiên cứu, đánh giá khả năng sản xuất phân bón từ bùn thải của hệ thống xử

lý nước sinh hoạt đô thị tại Thành phố Đà Lạt và các phế thải nông nghiệp

Khảo sát quá trình thay đổi của các chỉ tiêu Nitơ tổng, Nitơ hữu hiệu, nhiệt độ,

độ ẩm trong quá trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bùn thải

Đề suất quy trình sản xuất quy mô công nghiệp

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Địa điểm

Địa điểm lấy mẫu bùn thải: Đà Lạt

Thực nghiệm: Khoa Công Nghệ Môi Trường – ĐH Nông Lâm Tp.HCM

1.4 Nội dung nghiên cứu

1.4.1 Tổng hợp tài liệu

Từ internet, sách báo và tạp chí

1.4.2 Thực địa

Lấy mẫu tại nhà máy xử lí nước thải sinh hoạt tại Đà Lạt

Tham quan nhà máy sản xuất phân hữu cơ vi sinh

1.4.3 Kiểm tra mẫu đầu vào

ƒ Xác định hàm lượng Nitơ tổng trong bùn

ƒ Xác định hàm lượng Carbon đối với vật liệu bổ sung: lục bình, rơm rạ, bã mía

1.4.4 Kiểm tra sản phẩm trong quá trình ủ

Xác định chỉ tiêu Nitơ tổng, Nitơ hữu hiệu, nhiệt độ và độ ẩm

1.4.5 Kiểm tra sản phẩm đầu ra

Xác định chỉ tiêu N, P, K, chất hữu cơ và độ ẩm

1.4.6 Làm báo cáo

Tổng hợp số liệu và kết quả thí nghiệm

Đánh giá và thảo luận

In bài

Làm powerpoint

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Lấy mẫu

Lấy các mẫu riêng biệt đối với bùn từ nhà máy xử lí nước thải

Trộn và lấy mẫu đại diện để phân tích

Stagraphic: so sánh, đánh giá các nghiệm thức

1.6 Ý nghĩa của đề tài

1.6.1 Môi trường

Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường từ bùn thải

Loại trừ được lượng lớn rác sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ là thành phần gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí

2 Chương 2

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1 Định nghĩa phân hữu cơ

Phân hữu cơ là hợp chất hữu cơ dùng làm trong nông nghiệp, hình thành từ phân người hay động vật Phân bón giúp tăng thêm độ mầu mỡ cho đất bằng cách cung cấp thêm các chất hữu cơ và các chất bổ dưỡng cần thiết cho đất

2.2 Phân loại

Phân hữu cơ gồm có các loại: phân chuồng, phân rác, phân xanh, phân vi sinh

và các loại phân hữu cơ khác

2.2.1 Phân chuồng

Là loại phân do gia súc thải ra chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng cơ bản cần thiết cho cây trồng từ những chất căn bản như: đạm, lân, Kali đến những chất vi lượng như: B, Cu, Mo, Mn và những chất kích thích như: Auxin, Heteroauxin, Vitamin B12, Vitamin C Những chất dinh dưỡng có trong phân chuồng đều là những chất tương đối dễ tiêu

Các phương pháp ủ phân: có 3 phương pháp

Phân rác có thành phần dinh dưỡng thấp hơn phân chuồng và thay đổi trong những giới hạn rất lớn tuỳ thuộc vào bản chất và thành phần của rác, nguồn gốc và cách chế biến…

Ủ phân rác : Có 2 cách

ƒ Ủ dưới hố

ƒ Ủ trên mặt đất

2.2.3 Phân xanh

Phân xanh là loại phân hữu cơ, sử dụng các loại bộ phận trên mặt đất của cây Phân xanh thường được sử dụng tươi, không qua quá trình ủ Vì vậy, phân xanh chỉ phát huy hiệu quả sau khi được phân huỷ

2.2.4 Phân vi sinh

Là những chế phẩm trong đó có chứa các loài vi sinh vật có ích Có nhiều nhóm

vi sinh vật có ích bao gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn được sử dụng để làm phân bón Trong số đó quan trọng là các nhóm vi sinh vật cố định đạm, hoà tan lân, phân giải chất hữu cơ, kích thích sinh trưởng cây trồng, v.v

Một số loài vi sinh vật được sử dụng trong các loại phân vi sinh:

ƒ Vi sinh vật cố định đạm

ƒ Vi sinh vật hoà tan lân (PSM – phosphate solubilizing microorganisms)

ƒ Vi sinh vật kích thích tăng trưởng cây

2.3 Các nghiên cứu trong nước

2.3.1 Xử lý bùn thải phục vụ sản xuất công nông nghiệp

Các nhà khoa học thuộc Trung tâm Công nghệ và Quản lý môi trường đã nghiên cứu thành công quy trình xử lý bùn thải để phục vụ sản xuất công nghiệp và nông nghiệp Trên cơ sở phân tích liên kết của kim loại với các thành phần hữu cơ và

vô cơ trong bùn, ThS Nguyễn Phương Loan, Phó Giám đốc Trung tâm, cùng các cộng

sự đã đưa ra các phương pháp xử lý đối với từng loại bùn Theo quy trình này, bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực Chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống đáy bồn trong khi chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên Các chất vô

cơ được tách ra sẽ được tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, trong khi các chất hữu

cơ được xử lý tiếp bằng phương pháp sinh học để tách riêng các kim loại nặng với phần bùn hữu cơ sạch Phần bùn hữu cơ sạch sẽ được tận dụng để trồng cây và cải tạo đất nông nghiệp Còn lại các kim loại nặng sẽ được xử lý theo phương pháp hóa học

để tách riêng từng kim loại hoặc hóa rắn toàn bộ để chôn lấp an toàn [9]

2.3.2 Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải chứa kim loại nặng

bằng ứng dụng quá trình ổn định hóa rắn

Đề tài trên là của Lê Thanh Hải Viện Môi Trường và Tài Nguyên, HCM , ngày 15/1/2006 Bài báo nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm ổn định hóa rắn

ĐHQG-bùn thải chứa kim loại nặng với đối tượng nghiên cứu là ĐHQG-bùn thải từ trạm xử lý nước thải của công ty TNHH Vĩnh Phú Hưng (Lô 11F, đường C, KCN Tân Tạo, Bình Tân)

và công ty Đặng Tư Ký (Lô 24A-24B, đường số 3, KCN Lê Minh Xuân) Ngành nghề sản xuất chính của công ty Vĩnh Phú Hưng là xi mạ và của công ty Đặng Tư Ký là các loại giày da, túi xách bằng da Qua đó rút ra nhận xét, đánh giá ban đầu về tính khả thi

về mặt kinh tế, kỹ thuật và môi trường, từ đó đề xuất giải pháp tái sử dụng bùn thải chứa kim loại nặng để làm gạch và chất màu gốm sứ

Trước đó năm 1999, nghiên cứu của Nguyễn Quốc Bình, Nguyễn Văn Phước

và các cộng sự cho thấy các loại bùn ngành thuộc da, xi mạ nếu nung ở nhiệt độ 6000C thì các kim loại nặng sẽ bị oxi hóa, khả năng hòa tan trong nước kém, nếu nung ở nhiệt

độ 3600C thì chất hữu cơ trong chất thải chưa cháy hết và vẫn có khả năng gây ô nhiễm môi trường, tuy nhiên ô nhiễm kim loại nặng hòa tan hầu như không xảy ra và

có thể xử lý bằng cách bê tông hóa Đối với bùn thải của các nhà máy cơ khí có chứa nhiều oxit sắt, sau khi làm khô hoặc sấy sơ bộ có thể tái sử dụng cho mục đích làm gạch men, gốm sứ.[10]

2.3.3 Sản xuất phân hữu cơ chất lượng cao từ rác

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý rác sinh hoạt sau phân loại và chất thải công nghiệp để sản xuất phân hữu cơ chất lượng cao” do GS-TS Trần Kim Quy làm Chủ nhiệm đã được hội đồng nghiệm thu, do sở Khoa học và Công nghệ TP Hồ Chí Minh lập, đánh giá cao vì tính thực tiễn của nó Quy trình này được thực hiện với những công đoạn như: phân loại rác, trộn với bùn hầm cầu, bùn cống; đo tỉ lệ Carbon/Nitơ, sát trùng mầm bệnh, nghiền rác và đưa men vi sinh vào, ủ trong máy, cho thổi khí liên tục với ẩm độ 55% - 66% Tất cả những công đoạn đó đều được thực hiện bằng máy với nhiều quy trình nhỏ: công nghệ đưa bùn hầm cầu và bùn cống

có hàm lượng Nitơ cao vào ủ chung với rác thải sinh hoạt; nuôi cấy, điều chế ra các chế phẩm vi sinh vật phân hủy rác và công nghệ xử lý chất thải rắn công nghiệp Kết quả GS.TS Trần Kim Quy đã tạo ra được phân compost đạt độ ổn định bậc 5 theo Tiêu chuẩn EU chỉ trong vòng 20 ngày Không giống như những phân compost do trong nước sản xuất trước đây loại phân này khi bón vào rễ cây sẽ hấp thụ ngay không làm nóng rễ, độ pH và độ kiềm trong đất ổn định, không hề nguy hại cho môi trường Về giá thành, nó chỉ bằng 1/3 so với loại phân cùng chất lượng nhập từ EU Hiệu suất sản

xuất từ rác theo quy trình này đạt đến 70% Quy trình công nghệ do GS.TS Trần Kim Quy xây dựng có thể xử lý 4 tấn rác thải một ngày và đã được sản xuất ở Ninh Thuận.[11]

Các công trình trên nhìn chung đã đóng góp một phần rất đáng kể đến việc bảo

vệ và cải thiện môi trường Trong đó xu hướng xử lý và chuyển chất thải thành phân hữu cơ là xu hướng rất hữu ích, ngoài việc làm giảm ô nhiễm môi trường nó còn đóng góp vào việc bảo vệ và cải tạo đất, thúc đẩy năng suất cây trồng Song những dự án và công trình trên ta có thể thấy là cần phải có một quy trình công nghệ tiên tiến, hiện đại, đòi hỏi chuyên môn cao vì nguồn chất thải ở đây đều rất phức tạp bao gồm nhiều hàm lượng kim loại nặng và những chất độc hại khó xử lý Qua khảo sát và nghiên cứu chúng tôi thấy rằng bùn thải của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố

Đà Lạt là một nguồn thải có chất lượng, hàm lượng chất hữu cơ cao, kim loại nặng và các chất độc hại rất thấp có thể xem như là không đáng kể vì thế mà việc xử lý cũng khá đơn giản, không cần công nghệ tiên tiến hiện đại, giải quyết được vấn đề môi trường và đem lại nguồn lợi đối với công ty

2.4 Các phương pháp sản xuất phân hữu cơ

Nguyên liệu để sản xuất thường là phân chuồng, các loại rác thải hữu cơ…được trộn thêm một số loại chất độn như: rơm rạ, trấu, mạt cưa, than bùn, lục bình…

2.4.1 Phương pháp hiếu khí

Nguyên liệu sau khi thu nhận về được đổ thành từng đống Trong khi ủ tiến hành đảo trộn để tơi xốp, thoáng khí, giữ ẩm 50 – 60 %, ở ẩm độ này nhiệt độ lên cao khoảng 60 – 70oC, sản phẩm phân bón theo phương pháp này rất mau hoại, diệt cỏ dại, mầm bệnh nhưng mất nhiều Nitơ.[6]

2.4.2 Phương pháp yếm khí

Nguyên liệu được trộn với nhau và tiến hành ủ trong điều kiện yếm khí, ở độ

ẩm 50 – 60% , trong điều kiện này nhiệt độ đống ủ không lên quá 70oC, CO2 thoát ra kìm hãm hoạt động của vi sinh vật, phân lâu hoại, diệt được mầm bệnh và cỏ dại nhưng mất ít Nitơ.[13]

2.4.3 Phương pháp tùy nghi [6]

Nguyên liệu được ủ tơi xốp, thoáng khí từ 5 - 7 ngày để nhiệt độ lên cao

60 – 70OC, phân mau phân hủy, sau đó nén chặt lại và ủ yếm khí, nhiệt độ hạ, hạn chế

mất Nitơ

Thường để ủ phân người ta cho vào Super P để giữ NH3

Ca(H2PO4) + 4NH3 + H2O ⎯⎯→ 2(NH4)2HPO4 + Ca(OH)2

Có thể dùng tro trấu vì có chứa SiO2 có khả năng giữ NH3

Không nên dùng tro bếp trong quá trình ủ phân vì

CaO, K2O + H2O ⎯⎯→ Ca(OH), KOH

2.5 Sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải bằng phương pháp yếm khí

Bảng 2.1: So sánh giữa phương pháp hiếu khí và phương pháp yếm khí

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp yếm khí với phương pháp hiếu khí đó chính

là mất ít Nitơ, chất lượng sản phẩm phân hữu cơ cao hơn so với phương pháp hiếu khí,

đồng thời lượng khí gây ô nhiễm thoát ra không nhiều như phương pháp hiếu khí

Nguyên liệu chính:

Bùn thải được thu nhận từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt

Đặc tính của cặn: cặn thu được qua quá trình xử lý nước thải đô thị và khu dân

cư sau khi được ổn định và làm khô còn chứa một số chất dinh dưỡng có lợi cho cây

trồng, có thể dùng làm chất cải tạo đất, tuy vậy hàm lượng chất dinh dưỡng có trong

cặn thấp, lại không đủ các thành phần nên không thể sử dụng làm phân bón Để thu

được sản phẩm phân bón từ bùn cặn của nước thải thì phải qua các công đoạn công

nghệ chế biến, bổ sung chất dinh dưỡng trong điều kiện thích hợp

Bảng 2.2: Nguồn gốc các loại bùn cặn trong trạm xử lý nước thải đô thị điển

Thành phần hữu cơ và vô cơ thay đổi theo điều kiện của đô thị

Các chất này thường được nghiền nhỏ sau đó lại đưa vào xử lý tiếp tục cùng nước thải

Bể lắng cát Hạt cát và các hạt vô

cơ không tan, chất nổi

Thành phần vô cơ, dễ lắng Tại các bể lắng cát thường bị bỏ qua công trình thu hồi chất nổi

Bể lắng đợt I Cặn rắn, chất nổi

Thành phần hữu cơ không tan, độ ẩm 93–95% Thành phần và tính chất phụ thuộc vào loại hệ thống thoát nước (chung, riêng), mức độ tham gia của nước thải công nghiệp vào hệ thống

Bể aeroten

Bông bùn hoạt tính dạng lơ lửng được hình thành từ quá trình chuyển hóa BOD khi thổi khí vào bể

Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm 99% Bùn được lắng lại tại bể lắng đợt 2

Yêu cầu phải giảm độ ẩm trước khi xử lý bùn

Bể lọc sinh

học

Màng vi sinh vật được hình thành từ quá trình chuyển hóa BOD trên

bề mặt vật liệu lọc

Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm 96% Màng được lắng tại bể lắng đợt 2

Bể lắng đợt II

Bông bùn hoạt tính từ

bể aeroten

Màng vi sinh vật từ bể lọc sinh học

Chất nổi

Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm > 99% Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm 96% Bọt khí + các chất hữu cơ

Cặn từ công

trình xử lý

hóa học

Cặn rắn Chứa các thành phần hóa học như sắt, hợp chất

crôm, chì, ôxit nhôm

Cặn từ bể

metan Cặn đã phân hủy Hàm lượng chất dinh dưỡng cao cho cây trồng

Nguồn: Trần Văn Quang, Xử lý chất thải rắn, 2005

Bảng 2.3: Thành phần hóa học của các loại bùn cặn (theo % trọng lượng khô) Loại bùn/cặn Chât hữu cơ Nitơ Phospho Kali Chất béo

0,6-1,7

3,09 2,30 2,1-2,4

0,20

- 0,3-0,4

-

14-17

5,97 2,60 9-13

Nguồn: Trần Văn Quang, Xử lý chất thải rắn, 2005

2.5.1 Nguyên liệu bổ sung

ƒ Lục bình

9 Đặc điểm sinh trưởng

Lục bình còn gọi là bèo tây, bèo Nhật Bản, bào sen Lá đơn, mọc thành hoa nhị, cuống xốp phồng lên thành phao nổi khi còn non, trưởng thành cuống thon dài Hoa lưỡng tính không đều, màu xanh tím nhạt, cánh hoa có một đốm vàng Cây thân cỏ sống lâu năm, nổi trên mặt nước hay bám dưới bùn, rễ dài và rậm

9 Công dụng:

Làm thức ăn gia súc

Sử dụng lục bình trong sản xuất thủ công mỹ nghệ

Sử dụng Lục bình làm phân hữu cơ

9 Tác hại của lục bình:

Sông ngòi, kênh rạch bị lục bình bao phủ làm tắc nghẽn giao thông thuỷ Xác

bã, lá cây phân huỷ làm ô nhiễm nguồn nước uống, giảm sản lượng cá

Các hồ thuỷ lợi và thuỷ điện có lục bình bao phủ làm giảm năng lượng thuỷ điện, giảm tốc độ dòng chảy, năng suất tưới tiêu và tăng kinh phí bảo trì

9 Công dụng: dùng làm nhiên liệu để đốt, làm nấm…

ƒ Bã mía

9 Nguồn gốc: là phế phẩm của nhà máy sản xuất mía đường

9 Thành phần: thành phần có đầy đủ: cellulose, lipid, protein, khoáng chất và các acid amin

9 Công dụng: dùng để sản xuất nấm linh chi, nấm hương, làm phân bón…

2.5.2 Quy trình sản xuất

Bùn thải với kích thước không đồng đều sẽ được đem đi nghiền để phối trộn với nguyên liệu bổ sung Nguyên liệu bổ sung là các phế phẩm trong nông nghiệp, trong sản xuất hay các loại thực vật dễ kiếm bên ngoài đáp ứng được các chỉ tiêu sản xuất phân bón Sau khi trộn đều nguyên liệu được đem đi ủ nhằm chuyển hóa các chất dinh dưỡng khó tiêu sang dạng dễ tiêu cho cây trồng sử dụng, đồng thời tiêu diệt các mầm bệnh và tăng chất lượng cho phân hữu cơ

Hình 2.1: Quy trình sản xuất phân hữu cơ 2.5.3 Sự phân giải của bùn trong quá trình ủ

Nội dung của quá trình phân giải gồm 2 sự kiện chủ yếu: sự phá vỡ các hợp chất hydratcarbon, chất béo và sự khoáng hóa các hợp chất có Nitơ Do sự phân giải

Bùn thải

Nghiền thô

Ủ (Lên men)

Nguyên liệu

bổ sung

Trộn

Phân hữu cơ

này nên thành phần của phân luôn luôn biến đổi, có nhiều loại khí H2, CH4, CO2, NH3

và hơi nước thoát ra làm cho đống phân ủ ngày càng giảm khối lượng

ƒ Chất đường bột: Hydratcarbon CnH2nOn

Trong nhóm này chia làm 3 loại: monosaccharid, disaccharid, polysaccharid

9 Loại monosaccharid: chủ yếu gồm có pentose và hexose

Protein ⎯⎯→ amoniacid có công thức chung là R(NH2) – CH – COOH

Ví dụ: Glycine

NH2 – CH2 – COOH + 2H2O ⎯⎯→ NH3 + 2CO2 + 3H2O Trong thành phần bùn thải có thể có nhiều loại hợp chất có chứa N khác như ure, acid uric, acid hippuric cũng sẽ bị phân hủy

Urê:

(NH2)2CO + 2H2O ⎯⎯→ 2NH3 + CO2 +H2O Acid uric:

C5H4O3N4 + 1/2O2 + H2O ⎯⎯→ C4H6O3N4 + CO2

C4H6O3N4 + 2H2O ⎯⎯→ 2(NH2)2CO + HCO – COOH Acid hippuric:

C6H5 – CO – NH –CH2 – COOH + H2O ⎯⎯→ C6H5 – COOH + NH2 – CH2 – COOH

ƒ Lipid

Chất béo thực vật trong thức ăn gia súc còn lại bị phân giải thành glycerine và acid béo Các loại acid béo, glycerin hình thành sẽ bị phân giải thành CO2 và H2O như các acid hữu cơ khác

2.5.4 Các quá trình vi sinh trong khi ủ

Vi sinh vật giữ vai trò quyết định trong quá trình ủ phân Không có sự tham gia của vi sinh vật, bùn thải không được chuyển 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 acid amin, quặng thành lân dễ tiêu

Trong đất bùn có hai loại vi sinh vật: vi sinh vật yếm khí và vi sinh vật hiếu khí Phụ thuộc vào điều kiện ủ phân mà loại vi sinh vật này hay vi sinh vật kia hoạt động

Quá trình vi sinh yếm khí được chia thành 2 giai đoạn như sau

Giai đoạn 1: là sự phát triển hỗn hợp rất nhiều loài vi sinh vật có trong bùn thải,

pha này kéo dài khoảng 2 ngày Trong dịch lên men ta thấy có sự phát triển của vi khuẩn yếm khí, vi khuẩn hiếu khí và cả vi khuẩn yếm khí tùy nghi

Hình 2.2: Tiến trình phát triển của vi sinh vật

(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, Xử lý chất thải hữu cơ tập 2-2003)

Sở dĩ trong thời gian đầu có sự phát triển cả vi khuẩn hiếu khí vì trong dịch lên men bùn thải có còn tồn tại một lượng oxy hòa tan nhất định, các loại vi khuẩn hiếu

Thời gian (ngày)

Tổng số VSV/ ml

Vùng phát triển hỗn hợp VSV

Vùng phát triển

vi khuẩn thủy phân

Vùng phát triển vi khuẩn tạo methane

1010

khí sử dụng oxy hòa tan này để tăng số lượng Khi lượng oxy hết dần, lượng vi khuẩn hiếu khí giảm dần và bị chết hết khi quá trình tạo methane xuất hiện

Giai đoạn 2: trong giai đoạn 2 thấy có sự phát triển rất mạnh của các loại vi

khuẩn thủy phân các chất hữu cơ và các vi khuẩn tạo acid Giữa giai đoạn này có sự phát triển rất mạnh các loại vi khuẩn sinh methane Đây là loại vi khuẩn chiếm số lượng nhiều nhất và đóng vai trò quan trọng nhất của quá trình lên men methane

Toàn bộ các vi khuẩn tham gia vào quá trình lên men methane từ giai đoạn đầu cho đến giai đoạn cuối được chia thành 2 nhóm:

Nhóm các vi khuẩn tham gia thủy phân chất hữu cơ và tạo thành acid

Nhóm các vi khuẩn methane

Quá trình phân giải yếm khí có sản phẩm cuối cùng là CO2 và CH4 Quá trình này được thực hiện trong điều kiện ôn hòa (30 – 37oC) và thời gia kéo dài khoảng 30 ngày pH trong khi lên men yếm khí gần với pH trung tính

2.5.5 Chế phẩm sinh học BioVAC

Chế phẩm sinh học BioVAC là tập đoàn các chủng vi sinh vật hữu cơ có ích tác dụng chính trong việc phân giải các loại phế thải nông nghiệp thành phân hữu cơ vi sinh BioVAC bao gồm các chủng vi sinh vật chính sau:

- Vi sinh vật phân giải lân: Có tác dụng phân giải các dạng lân khó tiêu thành dạng dễ tiêu giúp cho cây trồng hấp thu nhanh chóng

- Vi sinh vật phân giải cellulose: Giúp phân hủy các loại chất xơ (cellulose) trong nguyên liệu tạo các chất dinh dưỡng và mùn

- Vi sinh vật cố định đạm: Là loại sinh vật có tác dụng cố định đạm nitơ tự do trong không khí và trong đất (cây trồng không hấp thu được) tạo thành đạm dễ tiêu cung cấp cho đất và cho cây trồng

- Vi sinh vật tổng hợp IAA: Là vi sinh vật kết hợp với hệ rễ cây trồng tổng hợp nên chất kích thích sinh trưởng IAA giúp cây sinh trưởng và phát triển khỏe mạnh

- Vi sinh vật sinh acidlactic: Vi sinh vật đối kháng, trong quá trình hoạt động tiết

ra các chất kháng sinh kìm hãm và tiêu diệt các loại vi sinh vật gây hại, các loại mầm bệnh, côn trùng có vòng đời sống trong đất

2.5.6 Các yếu tố ảnh hưởng

Độ ẩm: Nếu vật liệu quá khô không đủ ẩm cho sự tồn tại của vi sinh vật, nếu

vật liệu quá ẩm thì không có lỗ hổng không gian và sẽ chứa đầy nước, vật liệu sẽ không xốp, diện tích bề mặt sẽ bị giảm, sẽ diễn ra quá trình lên men yếm khí, oxy sẽ không thể lọt vào được Độ ẩm tối ưu thường từ 52% – 58% Mỡ, dầu mỡ, sáp thường

có trong các chất thải hữu cơ với một lượng đáng kể và là các dịch thể ở nhiệt độ tối

ưu Tuy nhiên dịch thể không đáng quan tâm như nhiệt độ

Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho quá trình ổn định sinh hóa là 40 oC – 55oC Trong

đó khi nhiệt độ cao (ngưỡng trên) đối với đống ủ thì tốc độ - mức độ ủ sẽ nhanh Lưu ý cần ngăn ngừa quá khô, quá lạnh ở phần nào đó của đống ủ

Kích thước nguyên liệu: kích thước càng nhỏ, bề mặt tiếp xúc với vi sinh vật

tăng, tốc độ phân giải càng nhanh

pH và tỷ lệ C/N: pH giảm xuống 6,5 – 5,5 giai đoạn tiêu hủy ưa mát và sau đó

tăng nhanh ở giai đoạn ưa ấm tới pH = 8 sau giảm nhẹ xuống tới 7,5 trong giai đoạn lạnh Nếu dùng vôi để tăng pH ở giai đoạn đầu, và pH sẽ tăng lên ngoài ngưỡng mong muốn và làm cho Nitơ ở dạng muối sẽ mất đi

Để nghiên cứu quá trình ủ ngoài các chỉ tiêu đã nêu trên, còn phải nghiên cứu bản chất của chất thải, vì rác không giống nhau

Tỉ lệ C/N tối ưu dao động từ 20 – 30 Nếu tỉ lệ C/N quá thấp Nitơ thoát ra dưới dạng NH3 ảnh hưởng tới pH của môi trường Trái lại nếu tỉ lệ C/N quá cao sẽ ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật sẽ giảm do thiếu Nitơ, quá trình ủ sẽ kéo dài và sản phẩm ủ sẽ chứa ít mùn hơn Các nguyên liệu khác nhau sẽ có tỉ lệ C/N khác nhau

Có thể dùng nguồn nguyên liệu có tỉ lệ C/N quá thấp (nước thải động vật, phân gia cầm…) hoặc tỉ lệ C/N quá cao (xơ dừa, bã mía, rơm rạ…) để bổ sung cho thích hợp

Nuôi cấy và xáo trộn: Không có gì lợi bằng sự tham gia của vi sinh vật đối với

việc ủ nguyên liệu như rác hữu cơ, phân chuồng, phân xanh… vì trong đó có chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ khác nhau Cần có thời gian để các quần thể vi sinh vật thích nghi dần với điều kiện ủ và tăng trưởng Quá trình ủ được trải ra theo nhiều giai đoạn và có thời gian thích ứng giữa các pha Quá trình này có thể được rút ngắn bằng cách nuôi cấy và khuấy trộn Khuấy trộn liên tục sẽ đạt mức phân giải tối ưu trong

vòng 10 – 14 ngày Khi tuần hoàn cặn chín đã ủ và khuấy trộn nữa thì quá trình ủ sẽ diễn ra nhanh hơn

Khuấy trộn mục đích làm đồng đều, điều hòa nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu và tránh tạo cột không khí cũng như không tạo ra các bánh cứng Nên xáo trộn không khí một lần một ngày hoặc nhiều lần một ngày để quá trình ủ diễn ra đến cùng

Sự thay đổi acid hữu cơ trong quá trình phân giải: Trong quá trình ủ cũng như

trong quá trình phân giải yếm khí, nồng độ dư của acid hữu cơ sẽ cản trở quá trình phân giải Trong quá trình lên men yếm khí cặn bùn nước thải chứa hàm lượng acid hữu cơ khoảng 2ppm, quá trình sẽ dừng lại khi nồng độ acid hữu cơ đạt 5ppm Trong quá trình ủ ít ảnh hưởng hơn đối với acid hữu cơ: phải tới 10ppm mới ảnh hưởng rõ nét Quá trình ủ sẽ không thực hiện được triệt để khi nồng độ acid hữu cơ 4 – 5ppm

tồn tại lâu

2.5.7 Kết quả của quá trình ủ phân

Qua quá trình ủ, một số rất lớn chất hữu cơ bị phá hủy thành CO2 và H2O bay

đi Những khí bốc ra khỏi đống phân là CO2, H2S, H3P, CH4, NH3…(và trong điều kiện yếm khí thì gồm cả N2 tự do)

Sản phẩm hình thành và còn lại là:

9 Mùn (acid humic, acid fulvic, nhóm amin)

9 Nhiều loại muối khoáng dễ tiêu cho cây

9 Một số lượng lớn xác vi sinh vật chứa nhiều chất dinh dưỡng cho cây, nhưng ở trong thành phần protein của tế bào của nó, cho nên phải thông qua sự phân giải tiếp tục trong đất, thì cây mới sử dụng được

9 Một số vi sinh vật còn sống đang tiếp tục hoạt động

9 Một số enzyme và kích thích tố do vi sinh vật bài tiết ra những chất hữu cơ chưa phân giải Có một điều đáng chú ý là sau khi ủ phân thì trọng lượng đống phân mất đi nhiều và trong quá trình ủ bị mất nhiều đạm cùng với một số chất dinh dưỡng khác, nhưng kết quả cuối cùng là tỷ lệ chất dinh dưỡng tổng số trong đống phân tăng lên.[2]

3 Chương 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Bố trí thí nghiệm

Để đánh giá sự ảnh hưởng của các nguyên liệu lên quá trình ủ với bùn thải của

nhà máy xử lý nước thải nhóm đã tiến hành phân tích các nguyên liệu bổ sung khác

nhau Vì hàm lượng của Nitơ trong bùn thải khá cao nên phải chọn nguyên liệu bổ

sung có chứa hàm lượng Carbon thích hợp nhằm đưa tỉ lệ C/N nguyên liệu đạt tới mức

tối ưu là 20-30/1

3.1.1 Thí nghiệm thăm dò

Thí nghiệm thăm dò được thực hiện trên các nguyên liệu bổ sung, ở đây các

nguyên liệu bổ sung được chọn là lục bình khô được lấy từ nhà máy xử lý nước thải

Đà Lạt – Lâm Đồng, là nguồn nguyên liệu sẵn có tại nhà máy; rơm rạ và bã mía được

thu nhận từ các quận, huyện tại T.p Hồ Chí Minh Mục đích phân tích các nguyên liệu

này nhằm đánh giá tính phù hợp của nguyên liệu bổ sung Carbon vào bùn thải và đưa

ra công thức phối trộn cho thích hợp, nhằm tạo thuận lợi cho quá trình ủ phân

Sơ đồ bố trí thí nghiệm phân tích cho mỗi nguyên liệu bổ sung gồm lục bình

khô, rơm rạ, bã mía và nguyên liệu chính bùn thải có 9 thí nghiệm, trong đó ta phân

tích hai chỉ tiêu và có ba lần lặp lại

Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm thăm dò

Số lần lặp lại Chỉ tiêu phân

Nitơ N1 N2 N3 Carbon C1 C2 C3

3.1.2 Lựa chọn các nguyên liệu bổ sung

Sau khi phân tích các thí nghiệm thăm dò, ta có được các tỉ lệ C/N tương ứng

để đánh giá khả năng phối trộn với bùn thải nhằm đạt được tỉ lệ C/N tối ưu Đây là tỉ lệ

chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật sử dụng và để chúng tiến hành các hoạt động

phân giải tạo ra phân hữu cơ

Bảng 3.2: So sánh các loại nguyên liệu bổ sung theo tỉ lệ C/N

Xử lý số liệu trên bằng phân mềm stagraphic, chọn ra nguyên liệu bổ sung thích

hợp để phối trộn với bùn thải Cách sử dụng phần mềm này như sau:

9 Vào MODELS, Analysis of Variance, chọn One – Way ANOVA

Hình 3.1: Giao diện chính của phần mềm stagraphic

9 Bấm F7 để xuất hiện các biến số của tập tin dữ liệu

9 Cách nhập biến như sau:

- Data: Vectơ số liệu

- Level codes: Vectơ nghiệm thức

- Confidence level: 95 (độ tin cậy 95%)

- Range test: LSD (dùng LSD để so sánh cặp giữa các nghiệm thức)

Hình 3.2: Giao diện dùng để nhập số liệu

Sau khi xử lý kết quả số liệu đầu vào ta sẽ lựa chọn hai nguyên liệu bổ sung có

tỉ lệ C/N phù hợp để làm phân hữu cơ

3.1.3 Lấy mẫu bùn thải

Để tạo tính đồng nhất khi lấy mẫu bùn thải, nhóm thực hiện đã tiến hành lấy mẫu ở những vị trí khác nhau và từ 20 đến 30 vị trí phân bố đồng đều trên toàn diện tích, mỗi điểm lấy khoảng 5kg bùn thải theo sơ đồ lấy mẫu dưới đây

Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm lấy mẫu

Các mẫu riêng biệt sau khi lấy về được băm nhỏ và trộn đều Sau đó được dàn mỏng rồi chia đều thành 4 phần theo đường chéo góc, lấy 2 phần đối diện trộn nhau lại thành mẫu hỗn hợp, lượng mẫu lấy khoảng 50kg đến 100kg được sử dụng để làm thí nghiệm ủ phân

3.1.4 Bố trí nghiệm thức

Các nghiệm thức được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên CRD (completely random design) và các yếu tố ngoại cảnh tác động lên mỗi nghiệm thức là hoàn toàn giống nhau Thí nghiệm gồm 2 nghiệm thức, tất cả đều được lặp lại 2 lần để kiểm tra

sự ảnh hưởng của các loại nguyên liệu bổ sung lên bùn thải trong quá trình làm phân hữu cơ Như vậy tổng cộng là có 2 x 2 = 4 thí nghiệm, thứ tự được sắp xếp là ngẫu nhiên

Nghiệm thức 1: bùn thải + nguyên liệu bổ sung thứ 1

Nghiệm thức 2: bùn thải + nguyên liệu bổ sung thứ 2

Bảng 3.3: Số thí nghiệm ủ phân

Nghiệm thức Số của thí nghiệm

3.1.5 Kiểm soát quá trình ủ phân

Trong khi ủ phân cần kết hợp với phân tích sự thay đổi của Nitơ tổng, Nitơ hữu hiệu, nhiệt độ, độ ẩm theo thời gian ủ để kiểm tra mức độ phân hủy của nguyên liệu đem đi ủ Mỗi nghiệm thức đều được phân tích các chỉ tiêu về Nitơ tổng, Nitơ hữu hiệu, nhiệt độ và độ ẩm theo sơ đồ bố trí như sau

Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm kiểm soát quá trình ủ

Thời gian (ngày)

Yếu tố thời gian có thể được sắp xếp thay đổi linh hoạt tùy theo thời điểm quá trình phân hủy xảy ra mạnh hay yếu nhằm khảo sát mức độ phân hủy của vi sinh vật

3.2 Tiến hành ủ phân và phân tích các chỉ tiêu

3.2.1 Ủ phân

™ Xác định khối lượng nguyên liệu đem đi ủ

Sau khi lựa chọn nguyên liệu bổ sung thích hợp cho quá trình ủ, ta tiến hành tính toán lượng nguyên liệu đem đi ủ theo công thức [4] như sau:

100100

3 3

3 2 2

2 1 1

1

3 3

2 2

2 1 1

1

+

−+

−+

−

+

−+

−+

−

=

M N

Q M

x N Q M x

N Q

M C

Q M

x C Q M x

C Q R

Đối với 2 nguyên liệu

2

2 2

1 1

1 1 1 2

100

100

M x

R N

C x N

M x

N

C R N Q Q

Giải thích quy trình: nguyên liệu trước khi đem đi phối trộn sẽ được tính toán tỉ

lệ C/N phù hợp (20 - 30/1) và lượng nước bổ sung để làm tăng độ ẩm (50% - 60%)

Bùn thải do để lâu, bị khô cứng nên phải được ngâm nước trước khi đem đi ủ Nguyên liệu bổ sung được băm nhỏ xuống kích thước từ 2-3cm để phối trộn đều với bùn thải

Các nghiệm thức được bổ sung nguồn vi sinh vật để làm tăng tốc độ phân hủy đồng thời giảm thời gian ủ

Điều kiện ủ yếm khí hoàn toàn trong thời gian là 30 ngày Mỗi nghiệm thức lặp lại 2 lần và được thực hiện ở nhiệt độ phòng 28-32oC

Sản phẩm

Phối trộn

Lên men yếm khí

Bổ sung nước lần 2

Vi sinh vật Băm nhỏ từ 2-3 cm

3.2.2 Phân tích hàm lượng Carbon trong nguyên liệu bổ sung

ƒ Yêu cầu thí nghiệm

Xác định hàm lượng Carbon trong nguyên liệu bổ sung

9 Các chỉ thị màu

Có thể sử dụng một trong các chỉ thị màu sau:

Dung dịch Bari diphenilamin sunfonat 0,16 % trong nước

Dung dịch acid N- phenilanthanilic: Trộn đều 0,1g acid N- phenilantranilic và 0,1g Na2CO3 với một ít nước, sau đó hòa tan thành 100ml nước

Dung dịch chỉ thị Ferroin: pha 0,695g sắt II sunfat FeSO4 7H2O và 1,485g o.phenaltrolin monohydrat (C12H8N2.H2O ) trong 100ml nước

Cô mẫu cho đến gần khô (không để cháy)

Thêm chính xác 10ml dung dịch K2Cr2O7 M/6 và 15 ml dung dịch H2SO4 đặc Đặt bình công phá trên bếp công phá và đun bình ở nhiệt độ 145 – 1550C trong thời gian chính xác 30 phút (bấm đồng hồ)

Chuyển toàn bộ hỗn hợp công phá sang bình tam giác 250ml và thêm 100ml nước cất, 100ml H3PO4 Để thật nguội

Cho 0,3ml chỉ thị màu và chuẩn độ lượng dư K2Cr2O7 bằng dung dịch muối Mhor 0,5M:

Chỉ thị màu Bari diphenyl sunfonat, màu chuyển từ xanh tím sang xanh lá cây Chỉ thị màu acit N phenylanthanilic, màu chuyển từ tím sang xanh lá cây Tiến hành đồng thời mẫu trắng

9 Cách tính kết quả:

Tính phần trăm khối lượng Carbon hữu cơ (OC) trong

m a

b a OC

b a OM

a: thể tích dung dịch muối Mhor chuẩn độ mẫu trắng (ml)

b: thể tích dung dịch muối Mhor chuẩn độ mẫu (ml)

m: khối lượng mẫu xác định (g)

3: đương lượng gam Carbon

3.2.3 Phân tích hàm lượng Nitơ tổng

ƒ Yêu cầu thí nghiệm

Xác định Nitơ tổng số trong sản phẩm khi ủ

Nitơ tổng số = Nitơ protein + Nitơ phi protein

Mẫu rắn: đem sấy mẫu ở 80oC cho đến khi đạt trọng lượng không đổi

Mẫu chất lỏng: tiến hành phân tích ngay không cần chuẩn bị mẫu

Vô cơ hóa mẫu

Cân 0,3 – 1g mẫu khô đã được nghiền mịn Dùng một ống giấy cuộn tròn cho cẩn thận mẫu vào tận đáy ống vô cơ hóa mẫu

Cho 5g hỗn hợp xúc tác K2SO4 và CuSO4 theo tỉ lệ 10:1

Dùng pipet hút 15ml H2SO4 đậm đặc (d=1,84) cho vào mỗi ống vô cơ hóa mẫu chứa hỗn hợp mẫu, xúc tác và H2SO4

Cho ống vô cơ hóa mẫu vào buồng đốt và chạy theo qui trình vô cơ hóa mẫu Việc vô cơ hóa mẫu hoàn thành khi toàn bộ dung dịch trong ống vô cơ hóa có màu trắng xanh (hoặc trắng)