Phương pháp ủ phân COMPOST

1. Giới thiệu: Sản xuất compost là một trong những giải pháp chính để có thể xử lý chất thải chăn nuôi và tận dụng được sản phẩm sau xứ lý. Giải pháp sản xuất compost đã tận dụng được nhiều lợi ích của hệ thống sinh học: giảm chi phí xử lý, thân thiện với môi trường và tạo ra một sản phẩm hữu ích. Tuy nhiên, việc sản xuất compost tại Việt Nam đang gặp một số trở ngại như: chất lượng phân không ổn định, còn phát sinh vài tác nhân ô nhiễm như mùi hôi, nước rỉ và đặc biệt là thị trường tiêu thụ chưa nhiều. Điều kiện quyết định sự thành công của quá trình sản xuất compost chính là khắc phục các vấn đề trên. Để làm được điều đó, cần có sự quan tâm đúng mức của nhà nước và sự đầu tư cũng như kiến thức cơ bản về các quá trình sinh học của nhà sản xuất.

PHƯƠNG PHÁP Ủ PHÂN COMPOST

1 Giới thiệu:

Sản xuất compost là một trong những giải pháp chính để cĩ thể xử lý chất thải chăn nuơi và tận dụng được sản phẩm sau xứ lý Giải pháp sản xuất compost đã tận dụng được nhiều lợi ích của hệ thống sinh học: giảm chi phí xử lý, thân thiện với mơi trường và tạo ra một sản phẩm hữu ích

Tuy nhiên, việc sản xuất compost tại Việt Nam đang gặp một số trở ngại như: chất lượng phân khơng ổn định, cịn phát sinh vài tác nhân ơ nhiễm như mùi hơi, nước rỉ

và đặc biệt là thị trường tiêu thụ chưa nhiều

Điều kiện quyết định sự thành cơng của quá trình sản xuất compost chính là khắc phục các vấn đề trên Để làm được điều đĩ, cần cĩ sự quan tâm đúng mức của nhà nước và sự đầu tư cũng như kiến thức cơ bản về các quá trình sinh học của nhà sản xuất

1.1 Định nghĩa:

Sản xuất compost là sự phân hủy liên tục các cơ chất cĩ trong chất thải dễ phân hủy sinh học bởi các quần thể VSV kế tục nhau trong điều kiện hiếu khí hồn tồn Các quá trình này khởi đầu bằng việc phân hủy các phân tử phức tạp trong cơ chất thơ thành những chất đơn giản, ổn định hồn tồn, khơng gây cảm giác khĩ chịu khi lưu trữ và an tồn khi sử dụng trong nơng nghiệp

1.2 Các yếu tố của quá trình sản xuất compost:

Christopher J Starbuck, 1998(1), đã mô tả quá trình compost như sau:

Quá trình compost cũng như các quá trình khác trong đất nhưng xãy ra nhanh hơn do các điều kiện của đống ủ Các vi sinh vật hoạt động làm cho nhiệt độ tăng lên đáng kể từ 45

-75oC sau 4 – 5 ngày đầu, lúc này pH giảm xuống còn khoảng từ

4 – 4,5 (với nhiệt độ và pH này thì các vi sinh vật gây bệnh đều bị tiêu diệt, ngoài ra trứng ký sinh trùng hoặc cỏ dại…

cũng bị phá hủy), quá trình còn làm thất thoát ra một lượng lớn hơi nước và khí CO2 ra môi trường Kết thúc quá trình hợp chất hữu cơ bị phân hủy trở nên tơi xốp, có màu nâu xậm và có mùi đất, các hợp chất nitơ hữu cơ được nitrat hoá thành các dạng muối nitrat, là nguồn đạm cần thiết cho cây trồng

Theo tài liệu “Le conseil canadien du compost 2002”, thời

gian của quá trình compost biến đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, ẩm độ, nồng độ oxy, tính thô của nguyên liệu ủ, định kỳ đảo phân, kích thước đống phân ủ, C/N của nguyên liệu… Ngoài ra còn phụ thuộc vào mùa, thành phẩm mong đợi và trung bình từ 2 – 12 tháng

1.2.1 Y ếu tố VSV :

Các VSV ưa ấm, VSV chịu nhiệt và nấm chiếm ưu thế thế trong quần xã VSV ở giai đoạn đầu và giai đoạn hoạt động chuyển hĩa tích cực Sự bắt đầu cho giai đoạn ổn định của quá trình là sự xuất hiện của sinh vật hoại sinh, từ dạng cực nhỏ (như paramecium, amoeba – amip, rotifer) đến các dạng lớn hơn như sên và trùn đất.khối lượng compost sẽ thay đổi khá lớn kể từ khi xuất hiện trùn đất ở mức đơng đảo Vì vậy, trùn đất cũng là một đối tượng quan trọng trong qui trình sản xuất compost

1.2.2 Các yếu tố dinh dưỡng :

Nguồn dinh dưỡng cĩ trong chất thải chỉ được vi khuẩn sử dụng nếu nĩ cĩ sẵn tính hĩa học và vật lý Về mặt hĩa học, nguồn dinh dưỡng cĩ thể được vi khuẩn phân giải dễ dàng một phần trong phân tử cơ chất bằng enzym của vi khuẩn hoặc được tổng hợp bởi vi khuẩn Về mặt vật lý, thể hiện sự tiếp cận của vi khuẩn với nguồn dinh dưỡng Nĩ phụ thuộc vào tỷ lệ khối lượng hoặc thể tích trên bề mặt chất thải, nhửng đại lượng này phụ thuộc vào độ xốp (kích cỡ hạt của chất thải)

• Nguyên tố đa lượng và vi lượng : nguyên tố đa lượng bao gồm C, N, P, ca,

K Trong đĩ, hàm lượng C, N, P chiếm tỷ trọng lớn hơn nhiều so với Ca và

K Ca và K thường được thể hiện dưới dạng nguyên tố vết khơng thể thiếu trong quá trình và chúng trở thành chất độc nếu nồng độ vượt quá ngưỡng

vết Trong số đĩ cịn cĩ thêm các nguyên tố như Mg, Mn, Co, Fe, S Nhũng nguyên tố vi lượng này cĩ vai trị trong việc trao đổi tế bào chất của vi khuẩn

• Tỷ lệ C :N (Cacbon : Nitơ) : tỷ lệ C:N là hệ số dinh dưỡng chính Dựa trên nhu cầu phát triển tương đối của tế bào, tỷ lệ này cĩ thể ở mức 25:1 (một số nghiên cứu, tỷ lệ này khoảng 30:1) Lượng Cacbon chiếm tỷ lệ lớn bởi vì chúng khơng chỉ sử dụng trong sự hình thành tế bào hay màng tế bào, nguyên sinh chất và tổng hợp các sản phẩm để lưu trữ mà chúng cịn được oxy hĩa để tạo ra CO2 trong quá trình trao đổi chất Cịn N chỉ được sử dụng như 1 chất dinh dưỡng đĩng vai trị thiết yếu trong quá trình tạo nguyên sinh chất Nếu tỷ lệ C :N cao hơn tỷ lệ thích hợp, tốc độ phân hủy sẽ bị chậm lại Nếu tỷ lệ thấp hơn 20:1 ; N cĩ khả năng thất thốt dưới dạng NH3, làm giảm lượng đạm trong sản phẩm compost

Bảng 1: Thành phần dinh dưỡng của một vài loại phân chuồng:

Loại

phân

H20 (%) N (%) P205 (%) K20 (%) Ca0 (%) Mg0 (%)

Heo

Trâu –

Bò

Ngựa

Gà

Vịt

82,00 83,10 75,70 56,00 86,00

0,60 0,29 0,44 1,63 1,00

0,41 0,17 0,35 0,54 1,40

0,26 1,00 0,35 0,85 0,62

0,09 0,35 0,15 2,40 1,70

0,10 0,13 0,12 0,74 0,35

Bảng 2: Thành phần dinh dưỡng trong nước thải của một vài loại

vật nuôi:

Thàn

h

ph

ần

Vật nuôi

N (%) P205 (%) K20 (%) Ca0 (%) Mg0 (%)

Bò

Heo

Gia cầm

4 5 15

2 4 18

6 3 8

3 8 30

1 1 3

• Kích cỡ hạt : là yếu tố quan trọng quyết định sự tiếp xúc của VSV đối với chất thải Kích thước hạt càng nhỏ đồng nghĩa với việc tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của chất thải với VSV, đồng nghĩa với việc tăng tốc độ phân hủy của cơ chất Tuy nhiên, nếu kích thước hạt nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép (khơng đủ độ xốp cần thiết để thơng khí), khả năng phân hủy sẽ chậm lại

Độ xốp phụ thuộc vào sức bền của cấu trúc chất thải (chất thải cĩ độ ẩm cao

sẽ kém bền hơn chất thải cĩ độ ẩm thấp) Vì vậy, đối với một số loại phân động vật, việc giảm kích thước phụ thuộc vào chất xơ và độ ẩm Việc giảm kích thước cĩ thể bằng phương pháp đảo trộn để làm chúng gãy vỡ Đảo trộn cĩ thể thực hiện bằng thiết bị thùng quay hoặc bằng phương pháp thủ cơng

1.2.3 Yếu tố mơi trường :

Những yếu tố mơi trường chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình sản xuất compost là nhiệt độ, pH, độ ẩm và độ thơng khí (oxy) Ý nghĩa của các yếu tố mơi trường (đơn lẻ hoặc kết hợp) quyết định tốc độ và mức độ phân hủy Tốc độ và mức độ phân hủy càng tăng khi yếu tố mơi trường và dinh dưỡng tiến dần về mức tối ưu

• Nhiệt độ : Theo Glethe 1971, quá trình compost được thực hiện bởi hai nhóm vi sinh vật khác nhau (nhóm ưa ấm và nhóm ưa nhiệt) Đầu tiên những vi sinh vật ưa ấm sinh trưởng và phát triển, quá trình lên men phân hủy chất hữu cơ bắt đầu xảy ra, nhiệt độ trong đống phân ủ tăng lên khoảng 45 – 55oC thì hoạt động của những vi sinh vật ưa ấm dừng lại, tiếp đó là hoạt động của những vi sinh vật ưa nhiệt, sự gia tăng nhiệt độ lại tiếp tục đến khoảng 60oC thì bắt đầu giảm dần

• Độ pH : nồng độ ion H+ và OH-, biểu diễn dưới dạng pH, là yếu tố khơng quan trọng đối với sự phát triển của VSV nếu pH dao động trong khoảng

6-9 (pH tối ưu khoảng 6,5-7,5) Khi pH lớn hơn 6-9,0 hoặc thấp hơn 4,5 ; các

phân tử acid yếu hoặc bazo yếu cĩ thể khuyếch tán vào tế bào dễ dàng, làm thay đổi pH và phá hủy tế bào

• Độ ẩm : một đặc điểm quan trọng của việc sản xuất compost là mối quan hệ mật thiết giữa độ ẩm và sự thơng khí, đặc biệt trong phương pháp đánh luống Độ ẩm phải được duy trì ở mức cân bằng (độ ẩm cho phép) sao cho lượng oxy và độ ẩm thỏa mãn nhu cầu sử dụng của VSV hiếu khí và khơng gây ra tình trạng kỵ khí

Theo Bell 1973; Cillie 1971, ẩm độ tối ưu của quá

trình compostage là 45 – 55% Tuy nhiên quá trình vẫn có thể diễn ra ở ẩm độ dao động cho phép từ 25 – 75% Nếu ẩm độ quá thấp các vi sinh vật sẽ không đủ nước để thực hiện sự chuyển hoá và sinh sản của chúng sẽ chậm Nếu ẩm độ quá cao, xuất hiện điều kiện yếm khí, nhiệt độ tăng chậm, thời gian ủ kéo dài

1.2.4 Sự thơng khí :

Trước đây, phương pháp ủ kỵ khí được sử dụng rộng rãi vì nĩ làm giảm khả năng thất thốt N trong quá trình ủ Tuy nhiên, quá trình ủ hiếu khí hồn tồn dần được ưa chuộng hiện nay vì nĩ cĩ nhiều ưu điểm hơn như :

1/ Sự phân hủy diễ ra nhanh hơn

2/ Nhiệt độ cao đủ để làm chết những mầm bệnh

3/ Ít sinh mùi hơi

Tuy nhiên, quá trình kỵ khí ngắn hạn trong ủ hiếu khí là khơng thể tránh khỏi Quá trình này gĩp phần quan trọng trong việc phân hủy halogenate hydrocacbon và làm giảm việc thất thốt N

Nồng độ oxy cần thiết cĩ thể dao động từ 284 lít/kg/giờ đối với chất thải tươi và 9lít/kg/giờ đối với compost đã phân hủy ; hoặc 900g/kg/giờ ở ngày thứ nhất và 325g/kg/giờ ở ngày 24 Tốc độ thơng khí trong thiết kế cuối cùng nên lấy cơ sở từ lượng oxy tiêu thụ

Mùi khó chịu là vấn đề không thể tránh khỏi trong sản xuất compost Để cải thiện vấn đề này, cần cung cấp đủ oxy cho VSV hoạt động và xử lý khí thải từ khối ủ và xử lý chúng bằng phương pháp thích hợp Tuy nhiên, trên thực tế mùi hôi từ khối compost không nhất thiêt là do quá trình kỵ khí mà có thể do những sản phẩm phân hủy trung gian hay bản thân các chất thải ban đầu Và việc loại bỏ hoàn toàn mùi hôi cho những khối compost có thể tích lớn hơn 1m3 thường không khả thi về mặt kinh tế và kỹ thuật

1.3 Các thông số giám sát khi vận hành :

Để phát triển một chương trình sản xuất compost hiệu quả, cần có sự giám sát các thông số vận hành thích hợp Có 3 thông số quan trọng cần giám sát là : 1/ Sự thay đổi nhiệt độ ; 2/ Sự biến đổi các tính chất vật lý (mùi, hình thức, cấu trúc) ; 3/ Sự phân hủy các chất rắn dễ bay hơi

1.3.1 Sự thay đổi nhiệt độ :

Khi nguyên liệu được đưa vào sản xuất compost, nhiệt độ bắt đầu tăng lên và đạt đến ngưỡng 60oC – 70oC trong điều kiện thích hợp Nhiệt độ tăng cao là kết quả của quá trình phân hủy các chất dễ phân hủy như đường, tinh bột, một số protein đơn giản Trong giai đoạn này, số lượng vi khuẩn gia tăng theo cấp số mũ Tình trạng này duy trình trong một thời gian với độ dài phụ thuộc vào hệ thống compost sử dụng và bản chất chất thải Sau đó, nhiệt độ giảm dần xuống cho đến khi bằng môi trường xung quanh

Có hai yếu tố làm gia tăng nhiệt độ trong khối ủ là nhiệt lượng do hoạt động biến dưỡng của vi khuẩn và do hiệu quả giữ nhiệt trong khối compost (do thể tích khối ủ hoặc vật liệu che phủ)

1.3.2 Sự thay đổi tính chất vật lý :

1.3.2.1 Hình thức bên ngoài : khối compost dần sậm lại, chứng tỏ quá trình ủ diễn

ra đúng hướng và hiệu quả Sản phẩm compost cuối cùng thường có màu xám sẫm hoặc màu nâu

1.3.2.2 Mùi : chỉ vài ngày sau khi bắt đầu quá trình sản xuất compost, các mùi khác

nhau xuất hiện thay cho mùi ban đầu của cơ chất Nếu gặp điều kiện ủ

khơng thuận lợi, mùi đặc trưng sẽ là mùi thối rữa (do thiếu oxy) hoặc mùi khai (do tỷ lệ C :N thấp hơn 20 :1 và pH khoảng 7,5) Compost thành phẩm

sẽ cĩ mùi đặc trưng của đất

1.3.2.3 Kích cỡ hạt : các hạt cơ chất cĩ khuynh hướng ngày càng mịn do sự phân rã

và cọ sát Ngồi ra, sự phân rã cịn làm cho các thớ sợi trở nên giịn, dễ gãy

và làm cho các chất thải khơng cĩ hình dạng nhất định trở thành dạng hạt 1.3.3 Sự phân hủy của chất rắn dễ bay hơi :

Sự phân hủy các chất rắn dễ bay hơi sẽ làm biến đổi cấu trúc phân tử và gia tăng độ

ổn định Sản phẩm của quá trình này là CO2 và các phân tử cĩ cấu trúc đơn giản, gia tăng sự ổn định của compost

2 Cơng nghệ và thiết bị :

Cơng nghệ sản xuất compost cĩ 3 giai đoạn chính :

1/ Giai đoạn chuẩn bị : chuẩn bị hay xử lý sơ bộ chất thải đầu vào sao cho nĩ trở thành cơ chất thích hợp cho quá trình sản xuất compost (độ ẩm, tỷ lệ C :N, kích cỡ hạt)

2/ Giai đoạn sản xuất compost : tiến hành ủ và giám sát quá trình

3/ Giai đoạn lưu trữ và phân phối: lưu trữ compost trong điều kiện an tồn, khơng gây mùi khĩ chịu, nâng cao khả năng tiêu thụ

2.1 Giai đoạn chuẩn bị :

Như đã trình bày, các thơng số thích hợp để chất thải cĩ thể phân hủy dễ dàng, cần đạt các thơng số sau :

• Tỷ lệ C:N cần đạt khoảng 25 – 30:1 để thúc đẩy quá trình ủ phân Do đĩ, cần phải sử dụng chất độn hợp lý cho từng loại phân

Bảng 3: tỷ lệ C:N của một số loại phân và chất độn

Vật chất Tỉ lệ C/N

- Phân heo

- Phân gà

- Rau thải

- Xác cà phê

- Phân trâu, bò

5-7:1 10:1 12-20:1 20:1 20:1 12-25:1

- Cỏ cắt

- Phân ngựa

- Lá cây

- Vỏ bắp

- Rơm

- Vỏ cây

- Giấy

- Mạc cưa

- Gỗ

- Trấu

25:1 30-80:1 60:1 40-100:1 100-130:1 150-200:1 200-500:1 700:1 121:1

• Độ ẩm và độ thông thoáng: Độ ẩm tối ưu đạt 50-60% quá trình phân hủy sẽ ngưng khi độ ẩm xuống đến 15% Tuy nhiên khi độ ẩm quá cao sẽ giới hạn sự thông thoáng tạo điều kiện kỵ khí ức chế các vi sinh vật hiếu khí

• Chất mồi: thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy Thường có thể bổ sung chất mồi dạng chế phẩm hỗn hợp vi sinh vật hoặc sử sụng phân đã ủ trộn chung với phân mới

• Kích thước hạt của chất độn: kích thước nhỏ sẽ làm tăng độ bám của vi sinh vật và diện tích tiếp xúc, như

ng phải lưu ý đến độ xốp của đống ủ

• Nhiệt độ: Nhiệt độ đống phân ủ cao chứng tỏ quá trình diễn ra tốt, có thể diệt được các mầm bệnh trong phân thường nhiệt độ tăng 45-60oC trong 4-6 ngày Nếu nhiệt độ trên 70oC sẽ ức chế thậm chí tiêu diệt các vi sinh vật có lợi Nhiệt độ đống phân ủ thấp có thể là do các nguyên nhân sau: Đống ủ quá nhiều nước, thiếu nitrogen, khích thước đống ủ quá nhỏ không đủ oxy, không thoáng

2.2 Giai đoạn sản xuất :

Các hệ thống sản xuất compost thơng dụng hiện nay cĩ thể phân thành hai loại chính

là hệ thống đánh luống và hệ thống thùng hay kênh mương

2.2.1 Sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh (khơng xáo trộn):

Có hai kiểu ủ compost dạng này : kiểu cấp khí thụ động (thông khí tự nhiên) và cấp khí cưỡng bức (sử dụng quạt thổi từ dưới hoặc hút từ trên)

2.2.1.1 Hệ thống thông khí thụ động :

Ở hệ thống này, một lượng oxy từ không khí có thể xâm nhập vào lớp ngoài cùng của luống ủ bằng cách khuyếch tán Đồng thời, sự chênh lệch nhiệt độ và nồng độ oxy bên trong luống ủ và không khí bên ngoài sẽ làm khí đi vào bên trong và thay thế CO2 bằng O2

Để đẩy mạnh sự thông khí, ta có thể bố trí thêm các ống thông khí và lỗ thông hơi chen vào trong các luống ủ

Tuy nhiên, hệ thống này vẫn không đảm bảo đủ oxy cần thiết cho quá trình phân hủy hiếu khí cho luống ủ

2.1.1.2 Hệ thống thông khí cưỡng bức :

Hệ thống này dùng thiết bị thổi không khí từ dưới lên (áp suất dương) hoặc hút khí từ trên xuống (áp suất âm) xuyên qua luống ủ

Trong đó, phương pháp hút khí cưỡng bức giúp cho việc dẫn khí thoát ra đi đến h6e5 thống lọc khí để khử mùi

Tuy nhiên, hệ thống này cần được thực nghiệm cho từng loại chất thải mang đi ủ nhằm xác định được thể tích không khí và thời gian hoạt động của thiết bị hút/thổi sao cho đảm bảo đủ lượng oxy và vẫn duy trì được nhiệt độ thích hợp trong luống ủ

Đánh giá : hệ thống ủ luống kiểu tĩnh giảm yêu cầu về khơng gian xử lý nhưng chỉ thích hợp để xử lý chất thải cĩ cấu trúc hạt cĩ kích thước 3-4cm Nếu cấu trúc hạt lớn

sẽ dễ sinh các vùng phân hủy kỵ khí bên trong luống ủ do luồng khí di chuyển và phân phối khơng đồng đều

2.2.2 Sản xuất compost dạng luống cĩ đảo trộn:

Hệ thống này tạo sự thơng khí bằng cách đảo trộn vật liệu trong luống theo chu kỳ Đồng thời, việc đảo trộn cịn giúp cho các phần của luống ủ tiếp xúc trực tiếp với phần bên trong của luống, là nơi diễn ra các hoạt động tích cực của vi khuẩn Đảo trộn cịn làm cho hạt giảm kích thước và độ ẩm Việc làm mất nước cơ chất ủ thích hợp cho những loại chất thải cĩ độ ẩm cao và ngược lại

• Xây dựng luống compost : mặt cắt cơ bản của luống thường cĩ hình nĩn (nhanh thốt nước bề mặt) hoặc hình nĩn cụt Nếu đảo trộn bằng máy, hình dạng và kích thước luống ủ phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị

• Yêu cầu khơng gian : nếu đảo trộn thủ cơng, diện tích yêu cầu là 2 – 2,5 diện tích luống ủ Nếu đảo trộn bằng máy, diện tích yêu cầu phụ thuộc vào loại thiết bị đảo trộn

2.2.3 H ệ thống sản xuất compost dạng thùng :

• Đống ủ xây bằng ciment hay gỗ cố điïnh