de tai su ly nuoc thai-PLC

- Như vậy với yêu cầu trên, đồ án này Em cần phải thực hiện được đó là xử lý rác thải hữu cơ theo phương pháp ủ lên men sử dụng các vi sinh vật và quá trình điều khiển, giám sát và tự độ

PHẦN II : NỘI DUNG.

1.2 Phế thải, các thành phần của phế thải và các phương pháp xử lý 12

Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN. 24

2.2.1 Cơ chế phân huỷ các chất trong rác thải sinh hoạt 25 2.2.2 Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp 27 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ và chất lượng sản phẩm 32

Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ

3.3 Giới thiệu về các thiết bị sử dụng trong dây truyền 67

3.4.2 Thiết kế và lập trình kết nối tạo giao diện trên Win CC 83

DANH MỤC HÌNH VẼ Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

Hình 1.6: Mô hình ủ compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục 21 Hình 1.7: Mô hình ủ compost kiểu luống động trong nhà kín 21 Hình 1.8: Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng 22

Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN

Hình 2.1: Bố trí các bể ủ và máy nghiền, sàng rác hữu cơ 41

Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ

THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

Hình 3.5: Ghép nối CPU với các Modul 55

Hình 3.8: Cửa sổ tạo ra Project mới trong Win CC 59

Hình 3.10: Cửa sổ chọn kích cỡ màn hình và giao thức truyền trong Win CC 60

Hình 3.12: Cửa sổ chọn kiểu màn hình trong Win CC 61 Hình 3.13: Cửa sổ chọn thiết bị lập trình trong Win CC 61 Hình 3.14: Cửa sổ chọn thiết lập kết nối trong Win CC 62

Hình 3.18: Màn hình tạo dự án mới của Siemen Manager 73

Hình 3.20: Màn hình chọn khối và ngôn ngữ lập trình của Siemen Manager 74 Hình 3.21: Màn hình báo kết thúc tạo dự án mới của Siemen Manager 74 Hình 3.22: Màn hình thiết lập phần cứng của Siemen Manager 75 Hình 3.23: Thêm các khối chức năng trong Blocks của Siemen Manager 77 Hình 3.24: Giải thuật của chương trình điều khiển 78 Hình 3.25: Màn hình soạn thảo chương trình của Siemen Manager 79 Hình 3.26: Công cụ nạp chương trình xuống PLC của Siemen Manager 83

Hình 3.30: Thiết lập các Tag điều khiển trên Win CC 86

Hình 3.33: Màn hình giao diện điều khiển bằng tay 88

Hình 3.35: Sơ đồ kết nối PLC với cảm biến, phím bấm và các đầu ra 90

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN.

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN

Bảng 2.1: Thông số tốt cho quá trình ủ rác hữu cơ 33

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ

THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

Bảng 3.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng 70 Bảng 3.2: Các thông số cơ bản của CPU 314C-2DP so với một số CPU khác 71

thị Không riêng gì đối với các đô thị đông dân cư, việc chọn công nghệ xử lýrác như thế nào để đạt hiệu quả cao, không gây nên những hậu quả xấu về môitrường trong tương lai và ít tốn kém chi phí luôn là nỗi bức xúc của các ngànhchức năng

- Với sự phát triển kinh tế và sự gia tăng dân số trong thời gian qua, bộ mặtcủa nông thôn Việt Nam đặc biệt là ở những vùng đồng bằng có nhiều thay đổisâu sắc Nông thôn Việt Nam hiện nay còn rất ít nhà tranh vách đất, hầu hết nhà

đã được lợp ngói hoặc đổ bê tông Diện tích ở của người nông dân cũng khôngcòn rộng rãi như trước kia, vườn, sân đã bị thu hẹp lại và cũng được xây gạch,láng xi măng Song song với việc đời sống của người dân được nâng cao thì ởnông thôn Việt Nam hiện nay cũng gặp nhiều khó khăn về ô nhiễm môi trường

do rác thải sinh hoạt gây ra ở các thành phố, vấn đề xử lý rác thải đã được Nhànước đầu tư giải quyết Trái lại, ở nông thôn, do đặc điểm dân ở phân tán, cáclàng xã trong cả nước nhiều vô kể Do vậy, Nhà nước chưa thể giúp các địaphương giải quyết xử lý rác thải sinh hoạt Rác vứt ở bất cứ nơi nào có thể vứt,các đống rác rải rác khắp làng, không được xử lý đã trở nên bất tiện cho sinhhoạt đồng thời cũng là nguồn dịch bệnh cho người dân

- Cũng giống như rác thải của thành phố, rác thải ở nông thôn cũng có đủ cácthành phần dễ phân hủy và khó phân hủy sinh học: lá rau, lá cây, vỏ quả, túinilon, chai lọ nhựa, thủy tinh, gạch, ngói, vỏ hến, vỏ sò…

- Như vậy không riêng ở thành phố hay các khu đô thị mà ngay cả ở nôngthôn nhu cầu xử lý rác thải là rất cần thiết để đảm bảo một môi trường xanh sạchđẹp

Sau thời gian nghiên cứu, học tập tại trường và thời gian thực tập dưới nhà máy

em đã được nhận đồ án tốt nghiệp:

" Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho nhà lên men trong

nhà máy xử lý rác thải sử dụng PLC S7-300 ".

- Do có sự chuẩn bị về kiến thức và sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡnhiệt tình chỉ bảo của thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện - Điện tử và đặc biệt là

sự giúp đỡ chỉ bảo cặn kẽ, tận tình của thầy giáo: Trần Hiếu đã hướng dẫn, giúp

đỡ em đã hoàn thành đồ án này

- Tuy đã được trang bị đầy đủ về kiến thức, tìm tòi tài liệu tham khảo nhưng

do hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên không thể tránh khỏi nhữngthiếu xót trong quá trình thực hiện Em rất mong được sự góp ý, sự giúp đỡ,hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

- Ngoài ra khi thực hiện đồ án này đã giúp Em trang bị thêm những kiến thứccần thiết khi thực hiện yêu cầu thực tế đề ra: Từ việc xin ý kiến của Thầy giáohướng dẫn để thực hiện yêu cầu của đồ án, tham quan khảo sát hoạt động thực tếcủa dây truyền xử lý rác thải sinh hoạt tại Nam Định, tham khảo tài liệu trênmạng

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

- Hỏi ý kiến của các Thầy cô giáo

- Đọc, tham khảo tài liệu trên mạng

- Tham quan, khảo sát thực tế

4 NỘI DUNG THỰC HIỆN.

- Yêu cầu của đồ án:

" Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho nhà lên men trong

nhà máy xử lý rác thải sử dụng PLC S7-300 ".

- Như vậy với yêu cầu trên, đồ án này Em cần phải thực hiện được đó là xử

lý rác thải hữu cơ theo phương pháp ủ lên men sử dụng các vi sinh vật và quá

trình điều khiển, giám sát và tự động khống chế sử dụng bộ điều khiển PLC S7 – 300.

- Trong đó em sẽ đi sâu vào nghiên cứu về công nghệ xử lý rác thải làm phân

Compost theo phương pháp ủ lên men kết hợp với phần lập trình cho PLC và Win CC thu thập, điều khiển giám sát nhiệt độ hệ thống ủ lên men.

5 CẤU TRÚC ĐỒ ÁN.

- Trên cơ sở yêu cầu đồ án Em trình bày các vấn đề cơ bản sau:

PHẦN I: MỞ ĐẦU.

PHẦN II: NỘI DUNG.

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN.

Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN.

Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Tài liệu tham khảo.

PHẦN II : NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

Rác luôn tồn tại song song với đời sống của chúng ta Đó là thứ bỏ đi,không dùng nữa của mỗi cá nhân trong một gia đình và của mỗi gia đình trongmột đất nước Nếu như những vật dụng, đồ dùng ta không sử dụng nữa thì có

thể người khác cần dùng và còn sử dụng được, trái lại với rác thải lại khác đó làthứ bỏ đi mà không ai muốn lấy Đặc biệt nữa bỏ đi không phải nói bỏ là xong

mà con người chúng ta sẽ gặp phải một thực trạng đó là ô nhiễm môi trường từrác thải

Chính vì thế xử lý rác thải đã và đang là vấn đề được các ngành quan tâm

và thúc đẩy phát triển, bởi lẽ cùng với sự phát triển của đất nước thì rác thải củamỗi gia đình, mỗi quốc gia cũng theo đó mà tăng lên Xử lý rác thải sao cho hiệuquả, không gây ô nhiễm môi trường đồng thời có thể tận dụng thứ “Tài nguyên”này vào mục đích tái sản xuất là điều mà các nước phát triển trong đó có ViệtNam đã và đang áp dụng

Trong những năm gần đây ngành sản xuất công nghiệp, tự động hoá đóngvai trò quan trọng Việc đầu tiên nó thay thế hoàn toàn những thao tác thủ công,lạc hậu, loại bỏ cho con người những công việc nặng nhọc, nguy hiểm độc hại

và cải thiện điều kiện làm việc một cách thuận tiện

Với ưu thế của Tự động hoá, tất cả các dây chuyền sản xuất của cácnghành công nghiệp nói chung hầu hết đều được cải tiến và trang bị thêm cáctrang thiết bị hiện đại như bộ điều khiển PLC, CNC, vi xử lý, vi điều khiển Đểnâng cao chất lượng cho các sản phẩm, tiến trình sản xuất nhanh, khả năngchiếm lĩnh thị trường cao

Yêu cầu của đồ án:

" Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho nhà lên men trong

nhà máy xử lý rác thải sử dụng PLC S7-300 ".

Như vậy với yêu cầu trên, đề tài này Em cần phải thực hiện được đó là xử

lý rác thải hữu cơ theo phương pháp ủ lên men sử dụng các vi sinh vật và quátrình điều khiển, giám sát và tự động khống chế sử dụng bộ điều khiển PLC S7 –300

Trên cơ sở đó bản thuyết minh đồ án Em trình bày các vấn đề cơ bản sau:

PHẦN I: MỞ ĐẦU.

PHẦN II: NỘI DUNG.

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN

Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Trong đó em sẽ đi sâu vào nghiên cứu về công nghệ xử lý rác thải làm

phân Compost theo phương pháp ủ lên men kết hợp với phần lập trình cho PLC

và Win CC thu thập, điều khiển giám sát nhiệt độ hệ thống ủ lên men.

1.2 PHẾ THẢI, CÁC THÀNH PHẦN CỦA PHẾ THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ.

Việt Nam là nước nông nghiệp có nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn,rất đa dạng Chương trình 1 triệu tấn đường đã để lại hàng chục vạn tấn bã mía,mùn mía và tàn dư phế thải từ sản xuất, chế biến mía ra đường Ngành côngnghiệp chế biến xuất khẩu cà phê đã thải ra môi trường hơn 20 vạn tấn vỏ/năm.Trên đồng ruộng, nương rẫy hàng năm để lại hàng triệu tấn phế thải là rơm rạ,lõi ngô, cây sắn, thân lá thực vật Ngoài ra còn có tới hàng triệu tấn rác thảisinh hoạt Tất cả nguồn phế thải này một phần bị đốt, còn lại trở thành rác thải,

phế thải gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường và nguồn nước, trong khi đất đailại thiếu trầm trọng nguồn dinh dưỡng cho cây và hàng năm chúng ta phải bỏ rahàng triệu đôla để mua phân hoá học ở nước ngoài.

Một trong những đặc điểm rõ nhất ở phế thải đô thị Việt Nam là thànhphần các chất hữu cơ chiếm tỷ lệ rất cao 55- 65% Trong phế thải đô thị các cấu

tử phi hữu cơ (kim loại, thuỷ tinh, rác xây dựng ) chiếm khoảng 12-15% Phầncòn lại là các cấu tử khác Cơ cấu thành phần cơ học trên của phế thải đô thịkhông phải là những tỷ lệ bất biến, mà có biến động theo các tháng trong năm vàthay đổi theo mức sống của cộng đồng

Ở các nước phát triển, do mức sống của người dân cao cho nên tỷ lệ thànhphần hữu cơ trong rác thải sinh hoạt thường chỉ chiếm 35-40% So với thế giớithì rác thải đô thị Việt Nam có tỷ lệ hữu cơ cao hơn rất nhiều nên việc xử lý rácthải sinh hoạt ở Việt Nam bằng công nghệ vi sinh vật để sản xuất phân hữu cơ visinh là rất thuận lợi

Trong các cấu tử hữu cơ của rác sinh hoạt, thành phần hóa học của chúngchủ yếu là: C, H, O, N, S và các chất tro

Bảng1.1: Thành phần của rác thải sinh hoạt (*)

nhiều khiếm khuyết.

b Biện pháp đốt

Đây là biện pháp tạm thời khi lượng phế thải quá nhiều Biện pháp nàygây ô nhiễm môi trường không khí rất trầm trọng, gây hiệu ứng nhà kính và cácloại bệnh đường hô hấp, mặt khác biện pháp này rất tốn nguyên liệu đốt

c Biện pháp thải ra hồ, sông ngòi và đổ ra biển

Đây là biện pháp rất nguy hiểm, gây ô nhiễm không khí, nguồn nước,tiêu diệt sinh vật sống dưới nước, gây ô nhiễm toàn cầu

1.3 QUY TRÌNH XỬ LÝ RÁC THẢI CỦA VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI.

1.3.1 Giới thiệu về quy trình công nghệ xử lý rác thải.

a Quy trình công nghệ

Rác nguyên liệu Phân loại

Rác phi

hữu cơ Nhựa Sản phẩm nhựa

Thuỷ tinh Sản xuất

Rác hữu cơ

Ủ lên men

Nghiền

Sàng

Chế biến phân hữu cơ sinh học

Hình 1.1: Quy trình công nghệ xử lý rác thải.

b Nguyên lý hoạt động

Rác tại các điểm tập kết trong thành phố, khu dân cư được xử lý mùi hôibằng chế phẩm sinh học, sau đó qua băng truyền phân loại rác thải hữu cơ và phihữu cơ Với rác hữu cơ đưa vào hầm ủ, trước khi đưa rác vào hầm ủ có phun chếphẩm sinh học và chất phụ gia sinh học Ở đây rác cần phân loại trước khi chovào hầm ủ, quá trình ủ thực hiện phun và trộn chế phẩm sinh học, dùng bạt phủkín hầm và ủ trong thời gian khoảng 28 ngày; trong thời gian ủ cứ 3 ngày mởbạt kiểm tra, phun bổ sung chế phẩm sinh học lên bề mặt, điều khiển tự độngkhống chế nhiệt độ Sau 28 ngày tiến hành đưa rác lên nghiền, sàng để chế biếnthành phân hữu cơ sinh học

Với các thành phần rác phi hữu cơ như:

+ Nhựa: từ các túi nilon, các chai lọ nhựa ta tiến hành nghiền tạo thànhcác hạt nhựa để tái chế

+ Thành phần thuỷ tinh ta dùng để sản xuất chai lọ

+ Thành phần xà bần ( gạch đá ) ta sử dụng để sản xuất vật liệu xây dựngcho các công trình đô thị như gạch tường bao, gạch lát vỉa hè

+ Thành phần vải ta tiến hành sản xuất các chổi lau nhà

+ Với thành phần là kim loại sẽ được dùng để tái chế

+ Một số thành phần rác vô cơ khác không xử lý được ta phải đem chônlấp

Với các thành phần rác hữu cơ:

+ Sau khi ủ xong thì các thành phần rác hữu cơ phân huỷ nhanh sẽ tạothành mùn để sản xuất phân hữu cơ

+ Các thành phần hữu cơ phân huỷ chậm ta phải cho qua hệ thống nghiềnrồi mới đưa vào sản xuất phân hữu cơ

c Đặc điểm công nghệ

+ Tái chế các chất không phân hủy thành những vật liệu có thể tái sử dụngđược

+ Không tốn đất chôn lấp chất thải rắn

+ Không có nước rỉ rác và các khí độc hại, khí dễ gây cháy nổ sinh ratrong quá trình phân hủy hữu cơ do đó không gây ô nhiễm môi trường

+ Thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư thấp

+ Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thường xuyên không cao

d Phạm vi ứng dụng

Có thể áp dụng cho nhiều quy mô công suất khác nhau, có thể áp dụng ởcác khu vực nông thôn, thành thị Khu xử lý có thể xây dựng không quá xa đôthị do không có nước rỉ rác và các khí độc hại thải ra

Công nghệ xử lý rác trên có thể nâng công suất xử lý từ 5m3/ngày (2tấn/ngày) lên 10 m3/ngày (4 tấn/ngày) và có thể nâng lên xử lý 100 m3 rác/ngày(40 tấn/ngày), tùy vào nhu cầu xử lý rác và điều kiện địa phương Chi phíchuyển giao công nghệ không cao so với các công nghệ khác và có thể áp dụngcho việc xử lý rác tại các bãi chứa rác ở xã, thị trấn cách xa bãi rác lớn tập trungcủa huyện, thị

1.3.2 Các mô hình ủ rác trên thế giới.

Các mô hình công nghệ ủ Compost quy mô lớn hiện nay trên thế giớiđược phân loại theo nhiều cách khác nhau Theo trạng thái của khối ủ Composttĩnh hay động, theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay tự nhiên, cóhay không có đảo trộn Dựa trên đặc điểm, hệ thống ủ Compost lại được chiathành hệ thống mở và hệ thống kín, liên tục hay không liên tục

a Mô hình ủ Compost hệ thống mở

Phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có kết hợpthông khí cưỡng bức hoặc

đảo trộn theo chu kỳ

Nhược điểm của hệ

thống mở là chịu ảnh hưởng

bởi thời tiết và thời gian ủ có

thể kéo dài, thường chỉ áp

dụng ở quy mô nông trường,

trang trại có diện tích mặt

và kiểm soát quá trình thuận tiện Thông thường hệ thống ủ Compost kín hiện đại được thiết kế hoạt động liên tục, khí thải được xử lý bằng phương

pháp lọc sinh học (biofilter)

Các mô hình công nghệ ủ Compost hệ thống kín thường được phân loại

theo nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòngvật liệu Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là:

- Thiết bị kiểu ngang:

Hình 1.3: Thiết bị ủ kiểu ngang

- Thiết bị quay:

nhà:

Hình 1.5: Ủ thành luống trong nhà

Nhìn chung mỗi mô hình công nghệ này đều có những ưu điểm riêng, phùhợp với công suất lớn và quy mô công nghiệp

1.3.3 Các mô hình công nghệ tại Việt Nam.

Tại Việt Nam, một số mô hình xử lý chất thải rắn đô thị quy mô lớn cũng

đã được đầu tư trong những năm gần đây Trong đó có các dự án sử dụng nguồnvốn của Nhà nước và ODA, điển hình như tại Cầu Diễn - TP Hà Nội (năm2002) áp dụng công nghệ của Tây Ban Nha và tại TP Nam Định (năm 2003) ápdụng công nghệ của Pháp Một số dự án sử dụng nguồn vốn tư nhân đều ápdụng công nghệ trong nước như tại Thủy Phương - TP Huế (năm 2004) áp dụngcông nghệ An Sinh - ASC, tại Đông Vinh - TP Vinh (năm 2005) và TX Sơn Tây

- tỉnh Hà Tây (đang chạy thử nghiệm) áp dụng công nghệ Seraphin

Trong đó, các mô hình công nghệ ủ Compost áp dụng ở đây có thể chiathành các loại hình cơ bản như sau:

a Mô hình ủ Compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục

Mô hình này được áp dụng tại nhà máy xử lý rác ở Cầu Diễn, Nam Định,Thủy Phương Thông thường hệ thống được điều khiển thông khí tự động

Hình 1.6: Mô hình ủ Compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục.

Nói chung, các mô hình ủ Compost kiểu này đều ở cấp độ đơn giản, vẫncòn những nguy cơ phát sinh mùi ô nhiễm do hệ thống chưa khép kín

b Mô hình ủ Compost kiểu luống động trong nhà kín

Mô hình này được áp dụng tại nhà máy xử lý rác ở Đông Vinh được thiết

kế hoạt động liên tục, đảo trộn theo chu kỳ ngắn

Hình 1.7: Mô hình ủ Compost kiểu luống động trong nhà kín.

Trong đó hỗn hợp nguyên liệu hữu cơ được đưa tới đầu vào của hệ thống,vận chuyển liên tục trong quá trình ủ bằng cách đảo trộn và sau cùng sản phẩmđược lấy ra ở đầu cuối của hệ thống.

Toàn bộ quá trình ủ Compost ở đây được thực hiện trong nhà kín có thiết

kế thông khí và xử lý khí thải bằng “biofilter” Luống ủ được thiết kế với kíchthước lớn và liên tục giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng, dễ vận hành

Đây là loại mô hình công nghệ đơn giản với chi phí đầu tư không lớn Tuynhiên những vấn đề khó khăn tại đây là hệ thống thiết bị chưa được đầu tư đồng

bộ và hiện đại, thiết bị đảo trộn không chuyên dụng có thể làm giảm hiệu quảkhi vận hành, thể tích nhà chứa lớn nên việc thu hồi và xử lý khí thải cũng là vấn

đề phức tạp, dễ ảnh hưởng đến môi trường làm việc bên trong

c Mô hình ủ Compost trong thiết bị kín kiểu đứng

Mô hình này hiện đang nghiên cứu và áp dụng tại TX Sơn Tây theo phânloại là một trong những mô hình hiện đại tương tự như các mô hình công nghệcủa Hoa Kỳ

Hình 1.8: Mô hình ủ Compost trong thiết bị kín kiểu đứng.

Thiết bị ủ Compost kín kiểu đứng được thiết kế theo nguyên lý hoạt độngliên tục, vật liệu ủ được nạp vào hàng ngày qua cửa nạp liệu ở phía trên và tháoliệu từ phía đáy của thiết bị Quá trình ủ Compost diễn biến qua các giai đoạndọc theo chiều đứng của thiết bị Việc thông khí trong quá trình ủ Compost được

hỗ trợ nhờ hệ thống các ống phân phối đều bên trong thiết bị Quạt hút bố trí ởphía trên tạo sự chênh lệnh áp suất, nhờ đó khối ủ Compost cũng được thông khídọc theo chiều đứng của thiết bị và theo hướng đối lưu từ dưới lên trên Toàn bộkhí thải quá trình ủ Compost được thu hồi và xử lý bằng “biofilter” giúp bảo vệmôi trường tốt hơn

Loại mô hình ủ Compost này có nhiều ưu điểm, thuận tiện trong việc vậnhành tự động, giảm yêu cầu diện tích nhà xưởng bởi tận dụng chiều cao thiết bị.Quá trình vận chuyển của vật liệu trong thiết bị nhờ trọng lực, thông khí cũngchủ yếu nhờ hiệu ứng đối lưu tự nhiên giúp giảm chi phí vận hành Cấu trúc vậnđộng của khối ủ bên trong thiết bị tạo ra các vùng hoạt động tối ưu tương ứngvới các giai đoạn của quá trình ủ Compost, giúp tăng cường hiệu quả, giảm thờigian quy trình và đảm bảo yêu cầu chất lượng đối với sản phẩm Thiết bị kiểukín cũng giúp kiểm soát tốt hơn các điều kiện môi trường cho hoạt động của visinh vật, dễ dàng kiểm soát mùi hôi Ngoài ra hệ thống được kết nối từ các thiết

bị đơn vị thành modul, thuận lợi cho việc chế tạo, lắp đặt hay nâng cấp mở rộngcông suất, v.v

Công nghệ AN SINH -_ASC và SERAPHIN sẽ được các cơ quan quản lýchức năng thẩm định, đánh giá, Nhà nước sẽ hỗ trợ kinh phí để hoàn thiện

cho phù hợp với điều kiện Việt Nam và sau đó sẽ nhân rộng áp dụng trong cảnước

Trên đây là những thông tin và kinh nghiệm thực tiễn về phương pháp

và công nghệ ủ Compost đang áp dụng trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay.Những nội dung trên cũng giúp làm cơ sở tư vấn trong việc lựa chọn một môhình công nghệ ủ Compost phù hợp

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG

PHÁP Ủ LÊN MEN

2.1 GIỚI THIỆU NGUYÊN LÝ Ủ RÁC.

Do chất thải của người và gia súc là chất thải hữu cơ do đó khi thải vào ao

hồ, sông rạch nó sẽ làm thức ăn cho vi sinh vật dị dưỡng Vi sinh vật dị dưỡngnày phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản và tạo nênnăng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào của chúng

Có hai quá trình mà các vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ đó là quá trìnhhiếu khí và quá trình yếm khí

2.1.1 Quá trình ủ hiếu khí.

- Quá trình oxy hóa (hay dị hóa)

(COHNS) + O2 + VK hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + nănglượng

Với C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vikhuẩn.

2.2 CƠ CHẾ PHÂN HUỶ RÁC HỮU CƠ

2.2.1 Cơ chế phân huỷ các chất trong rác thải sinh hoạt.

a Xenluloza trong rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp

Xenlulo là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng

số hydratcacbon trên trái đất Trong vách tế bào thực vật, xenlulo tồn tại trongmối liên kết chặt với các polisaccarit khác: Hemixenluloza, pectin và lignin tạothành liên kết bền vững Hàm lượng xenluloza trong các chất khác nhau rấtkhác nhau, trong giấy là 61%, trấu là 31%

Trong các phế liệu, xenluloza thường có mặt ở các dạng sau:

- Phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, lá cây, vỏ lạc, vỏ trấu, lõi thân ngô

- Phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ và xơ quả, bã mía, bã cà phê, bãsắn

- Phế liệu trong công nghiệp chế biến gỗ: rễ cây, mùn cưa, gỗ vụn

- Các chất thải gia đình: rác, giấy loại

Cơ chế phân huỷ xenluloza:

Năm 1950, Reese và Ctv lần đầu tiên đã đưa ra cơ chế phân giải xenluloza

Trong đó: Cx tương ứng với exoglucanza

C1 tương ứng với endogluanaza

Theo Reese thì C1 là “tiền nhân tố thuỷ phân” hay là enzyme không đặc

Xenluloz

a

tự nhiên

Xenluloz a hoạt động

Đường hoà tan

Glucoz a

a

hiệu, nó làm trương xenluloza tự nhiên thành các chuỗi xenluloza hoạt động cómạch ngắn hơn và bị enzyme Cx tiếp tục phân cắt tạo thành các đường tan vàcuối cùng thành glucoza Những vi sinh vật phát triển trên hợp chất chứaxenluloza đã tiết ra các loại enzyme này để phân huỷ chuyển hoá xenluloza.

b Hemixenluloza trong rác thải, phế thải nông nghiệp

Hemixenluloza có khối lượng không nhỏ, chỉ đứng sau xenluloza trong tếbào thực vật, chúng được phân bố ở vách tế bào Hemixenluloza có bản chất làpolysacarit bao gồm khoảng 150 gốc đường liên kết với nhau bằng cầu nối 0-1,4 glucozit; 0-1,6 glucozit và thường tạo thành mạch nhánh ngắn có phânnhánh

Cơ chế phân giải hemixenluloza:

Phần lớn hemixenluloza có tính chất tương đồng với xenluloza, tuy nhiênhemixenluloza có phân tử lượng nhỏ hơn và cấu trúc đơn giản hơn Như vậyHemixenluloza kém bền vững hơn do đó dễ phân giải hơn xenluloza Vi sinhvật phân giải hemixenluloza nhanh hơn là xenluloza

c Lignin trong rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp

Lignin là những hợp chất có thành phần cấu trúc rất phức tạp, là chất caophân tử được tạo thành do phản ứng ngưng tụ từ 3 loại rượu chủ yếu là trans-P-cumarynic; trans-connyferynic; trans-cynapylic Lignin khác với xenluloza vàhemixenluloza ở chỗ hàm lượng carbon tương đối nhiều, cấu trúc của lignincòn có nhóm methoxyl (- OCH3) liên kết với nhau bằng liên kết (C - C) hay (C

- O) trong đó phổ biến là liên kết aryl-glyxerin; aryl-aryl và diaryl ete Lignin

dễ bị phân giải từng phần dưới tác dụng của Na2S2O3;, H2SO3, CaS2O3

Cơ chế phân giải lignin:

Nhiều công trình kết luận có tới 15 enzyme tham gia vào quá trình phân giải

lignin Ligninaza không thuỷ phân ligin thành các tiểu phần hoà tan như quátrình phân giải xenluloza Nhưng trong đó có 3 enzyme chủ chốt là:

- Lignin pezoxidaza

- Mangan pezoxidaza

- Laccaza

2.2.2 Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp.

a Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ chứa xenluloza

Trong tự nhiên vi sinh vật phân giải xenluloza vô cùng phong phú bao gồm: Vikhuẩn; nấm; xạ khuẩn; nguyên sinh động vật

- Vi khuẩn: Là nhóm vi sinh vật lớn nhất và cũng được nghiên cứu nhiềunhất Từ thế kỷ 19 các nhà khoa học đã phát hiện thấy một số loại vi khuẩn kỵkhí có khả năng phân giải xenluloza Những năm đầu thế kỷ 20 người ta lạiphân lập được các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này Trong các vi khuẩnhiếu khí phân giải xenluloza, thì niêm vi khuẩn có vai trò lớn nhất chủ yếu làcác giống Cytophaga, Sporocytophaga và Sorangium Niêm vi khuẩn nhậnđược năng lượng khi oxy hoá các sản phẩm của sự phân giải xenluloza thànhCO2 và H2O Ngoài ra còn thấy giống Cellvibrio cũng có khả năng phân giảixenluloza Trong điều kiện kỵ khí, các vi sinh vật ưa ẩm, ưa nhiệt thuộc giốngClostridium và Bacillus tiến hành phân giải xenluloza thành glucoza vàxenlobioza, chúng sử dụng năng lượng từ các loại đường đơn và nguồn carboncũng thường kèm theo việc tạo nên các acid hữu cơ, CO2 và H2

Trong dạ dày của động vật ăn cỏ tồn tại hệ vi sinh vật để phân giảixenluloza đó là: Ruminococcus; Flavefaciens; Butyrivibrio; Bacteroides.Ngoài ra còn có: Cellulomonas; Bacillus; Acetobacter cũng phân giải mạnhxenluloza

Nhiều tác giả còn phân lập tuyển chọn trong đống ủ phế thải có Clostririum.Pseudomonas chứa phức hệ enzyme xenluloza Acteromobacter, Cytophaga,

Sporocytophaga và Sorangium, Sporocytophaga.

- Nấm sợi: Nấm sợi phân giải xenluloza mạnh hơn vi khuẩn vì chúng tiếtvào môi trường lượng enzyme ngoại bào nhiều hơn vi khuẩn Vi khuẩn thườngthường tiết vào môi trường phức hệ xenluloza không hoàn chỉnh chỉ thuỷ phânđược cơ chất đã cải tiến như giấy lọc và CMC, còn nấm tiết vào môi trường hệthống xenluloza hoàn chỉnh nên có thể thuỷ phân xenluloza hoàn toàn Các loạinấm phân huỷ mạnh xenluloza là: Trichoderma, Penicillium, Phanerochate,Sporotrichum, Sclerotium

Nấm ưa nhiệt, chúng có thể tổng hợp các enzyme bền nhiệt hơn, chúng sinhtrưởng và phân giải xenluloza Nấm có thể phát triển ở pH = 3,5 - 6,6

Nguồn carbon giúp cho nấm phân giải mạnh xenluloza Trong phế thải chứanhiều nitơrat cũng khích thích nấm phân giải xenluloza, nguồn nitơ hữu cơcũng giúp cho nấm phân giải xenluloza mạnh hơn

Người ta đã tìm thấy trong đống ủ phế thải có nhiều loại nấm như:

Aspergillus, Alternaria, Chaetomium, Coprinus, Fomes, Fusarium,Myrothecium, Penicillium, Polypones, Rhizoctonia, Rhizopus, Tricoderma

- Xạ khuẩn: Xạ khuẩn có tác dụng phân giải phế thải khá mạnh Người tachia xạ khuẩn thành 2 nhóm: Xạ khuẩn ưa ấm, chúng phát triển mạnh ở nhiệt

độ 28 – 300C, và xạ khuẩn ưa nhiệt, chúng có thể phát triển mạnh ở nhiệt độ 60– 700C

Trong đống ủ phế thải người ta tìm thấy nhiều loại xạ khuẩn đó là:Actinomyces, Streptomyces, Frankia, Nocardia, Actinopolyspora,Actinosynoema, Dermatophilus, Pseudonocardia, Cellulomonas

b Vi sinh vật phân giải hemixenluloza

Vi sinh vật phân giải hemixenluloza thường có trong dạ dầy của động vậtnhai lại như trâu bò Chủ yếu là các giống sau: Ruminococcus, Bacillus,

Bacteroides, Butyvibrio, Clostridium Nhiều loại nấm sợi nh−: Aspegillus,Penicillium, Trichoderma.

c Vi sinh vật phân giải Lignin

Vi sinh vật phân giải lignin là những giống có khả năng tiết ra enzymeligninaza, gồm có: Nấm Basidiomycetes, Acomycetes, nấm bất hoàn Vi khuẩngồm: Pseudomonas, Xanthomonas, Acinebacter Xạ khuẩn: Streptomyces

d Vi sinh vật Micromix 3

Các nhà khoa học của Viện Công nghệ sinh học ( Viện Khoa học và Côngnghệ Việt Nam ) vừa sản xuất thành công các chế phẩm vi sinh Micromixchuyên dùng để xử lý rác thải hữu cơ hiệu lực cao với thời gian xử lý rút ngắn,khử được hoàn toàn mùi hôi, bảo quản vận chuyển dễ dàng, chi phí rẻ, sử dụngthích hợp cho các nhà máy xử lý rác và vùng nông thôn

Micromix là chế phẩm vi sinh dạng bột được sản xuất từ hỗn hợp các vi sinhvật (gồm xạ khuẩn và vi khuẩn lấy từ tự nhiên) có tính chịu nhiệt cao, độ hiếukhí mạnh chuyên dùng để xử lý rác thải bằng việc phân hủy các chất hữu cơtrong rác với hai cơ chế tác động: vừa dùng vi khuẩn để phân giải, vừa dùng tácđộng của nhiệt độ ( 50oC trở lên ) để phân huỷ

Kể từ chế phẩm Micromix-1 được dùng để xử lý sự cố dầu tràn tại sông SàiGòn, đến nay Viện Công nghệ sinh học đã sản xuất ra hai loại chế phẩm mới cócông dụng mạnh hơn, đặc biệt là Micromix-3 Chế phẩm này được sản xuất từcác vi sinh vật có hoạt tính cực mạnh, phù hợp với điều kiện ủ, đạt hiệu lực cao.Quy trình xử lý rác với chế phẩm Micromix-3 được tiến hành theo hai bước.Bước thứ nhất là thu gom và tập kết rác lại, sau đó chuyển sang phân loại rác, từ

đó sẽ rắc Micromix-3 vào rác, kết hợp bổ sung rỉ đường NPK, rồi đưa vào bể ủrác Bước 2, tiếp tục phân loại lại rác lần 2 thành các nhóm riêng biệt để xử lý

như nilon và kim loại nặng; nilon quá bẩn và các cành cây to, sợi dây; gạch,ngói và cát sỏi kế đó phân tích chất lượng rác, điều chỉnh hàm lượng chất dinhdưỡng làm phân hữu cơ, cuối cùng đóng bao để sử dụng.

Với các tác dụng trên, Micromix-3 có khả năng xử lý được các loại phế thảinông sản như vỏ cà-phê, bã mía trong các nhà máy sản xuất đường, thậm chí chếphẩm còn có tác dụng xử lý cả bể phốt tự hoại

e Vi sinh vật EM

Vi sinh vật hữu hiệu EM (Effective Microorganisms) là tổng hợp các loài

vi sinh vật có ích (vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, xạ khuẩn, nấm mốc)sống cộng sinh trong cùng môi trường Có thể sử dụng chúng như là một chấtcấy nhằm tăng cường tính đa dạng vi sinh vật đất, bổ sung các vi sinh vật có íchvào môi trường tự nhiên, giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do các vi khuẩn sinhvật có hại gây ra Kết quả là có thể cải thiện chất lượng và làm tốt đất, chốngbệnh do vi khuẩn sinh vật và tăng cường hiệu quả của việc sử dụng chất hữu cơcủa cây trồng

Thành phần và quá trình hoạt động của của các vi khuẩn sinh vật trong chếphẩm EM Trong chế phẩm EM có khoảng 80 loài vi khuẩn cả yếm khí và hiếukhí thuộc 10 chi khác nhau Chúng bao gồm các vi khuẩn quang hợp (tổng hợp

ra chất hữu cơ từ CO2 và H2O), vi khuẩn cố định Nitơ (sử dụng chất hữu cơ của

vi khuẩn quang hợp để chuyển N2 trong không khí thành các chất Nitơ), xạkhuẩn (sản sinh chất kháng sinh ức chế vi khuẩn sinh vật gây bệnh và phân giảichất hữu cơ), vi khuẩn lactic (chuyển hoá thức ăn khó tiêu thành thức ăn dễtiêu), nấm men (sản sinh vitamin và các axit amin) Các vi khuẩn sinh vật trongchế phẩm EM tạo ra một hệ thống sinh thái, hỗ trợ lẫn nhau, cùng sinh trưởng vàphát triển

Trong nông nghiệp, chế phẩm EM dùng trong sản xuất phân bón hữu cơ visinh, xử lý hạt giống, cây giống, sản xuất nấm ăn, đối với ngành chăn nuôi, EM

sử dụng trong chế biến thức ăn gia súc, xử lý mùi ở trại chăn nuôi, trại giết mổgia súc Xử lý môi trường: rác thải sinh hoạt, ô nhiễm ở các cống rãnh, nước thảicác nhà máy chế biến tinh bột sắn, cao su…

- Ứng dụng công nghệ EM trong chăn nuôi

EM là chế phẩm được nuôi cấy hỗn hợp gồm năm nhóm vi sinh vật có ích: vikhuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, xạ khuẩn, nấm sợi Chế phẩm gốc

có tên gọi là EM1

- Ứng dụng công nghệ EM trong trồng trọt, xử lý môi trường

+ Ứng dụng EM trong xử lý hạt giống, cây trồng:

Ngâm hạt giống trong dung dịch EM gốc pha loãng với tỷ lệ 1/1.000 (cứ1ml EM pha với 1.000 ml nước sạch) có tác dụng thúc đẩy sự nảy mầm và ngănchặn sự phát triển của mầm bệnh sinh ra từ giống

Thời gian ngâm giống như sau:

+ Hạt giống nhỏ (như hạt cải xanh): 20-30 phút

+ Hạt giống trung bình (như hạt su hào): 30-60 phút

+ Hạt giống to (như hạt cải bắp, hạt rau muống): 2-3 giờ

+ Các loại chồi mầm (như khoai tây, hom dứa): 5phút

+ Ứng dụng EM để chôn lấp rác thải đô thị:

Quy trình xử lý như sau: Rác thu gom được đổ lên bãi, đạt chiều cao mỗi lớprác khoảng 20cm, hòa loãng EM thứ cấp với nước sạch theo tỷ lệ 1/50,1/100,1/200, 1/300 tùy thuộc độ ẩm của rác, thông thường pha theo tỷ lệ 1/100, phunđều lên bãi rác Làm như vậy đối với từng lớp rác của mỗi đợt thu gom Đếnchiều cao 0,8-1,0m thì rắc EM Bokasi (cám + mùn cưa), phủ đất 10cm để tạo sự

lên men kỵ khí Không sử dụng vôi bột và thuốc diệt côn trùng ở trên bãi chônlấp, chỉ sử dụng ở nơi xung quanh bãi

Đối với các loại nước thải được xử lý bằng công nghệ vi sinh, ta bổ sung EMngay từ giai đoạn đầu của quy trình xử lý thông thường nhằm thúc đẩy quá trình

và tăng cường hiệu lực xử lý, cả ở dạng kỵ khí và háo khí Hiệu quả rất tốt khi

sử dụng EM để xử lý nước thải có hàm lượng hữu cơ cao Phương pháp đơngiản nhất để hạn chế mùi hôi và như là giải pháp cấy vi sinh vật vào nước thải

để giúp cho quá trình xử lý bằng vi sinh vật là cho EM thứ cấp vào bể thu gomnước thải đầu tiên với tỷ lệ 1/1.000

2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TIẾN ĐỘ VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM.

2.3.1 Phân loại và nghiền.

Rác nên được phân loại ngay từ nơi thu gom hay từ đầu vào trước khi tiếnhành xử lý lên men: tách được các thành phần rác phi hữu cơ sẽ làm đỡ tốn diệntích nhà xưởng và lượng men vi sinh

Mặt khác nghiền nhỏ rác ở một kích thước hợp lý ( do rác hữu cơ cóchủng loại và kích thước đa dạng dẫn tới thời gian phân huỷ là không giốngnhau) sẽ giúp cho quá trình phân huỷ rác hữu cơ nhanh hơn dẫn tới làm tăngcông suất của nhà máy

2.3.2 Nhiệt độ, độ ẩm.

Như chúng ta đã biết, yếu tố nhiệt độ quyết định rất lớn đến chế độ bảoquản đặc biệt là vấn đề lương thực và thực phẩm Ở nhiệt độ thấp ( làm lạnh) thìquá trình bảo quản sẽ kéo dài hơn so với nhiệt độ bình thường Với nhiệt độ caoquá trình chuyển biến ( phân huỷ ) thực phẩm diễn ra nhanh chóng Với rác thải

cũng vậy, khi ở nhiệt độ từ 400C đến 700C thì quá trình phân huỷ rác hữu cơ lànhanh nhất.

Yếu tố độ ẩm cũng quyết định đến quá trình lên men của rác Độ ẩm giúpcho các vi sinh vật phát triển nhanh hơn sẽ làm rút ngắn thời gian ủ lên men củarác hữu cơ

2.3.3 Ảnh hưởng của độ thoáng khí và phân phối oxy.

Độ thoáng khí sẽ giúp cho lượng oxy được luân chuyển vào rác hữu cơtrong quá trình ủ lên men sẽ được nhiều hơn

Mặt khác tỷ lệ oxy theo yêu cầu công nghệ đòi hỏi phải cần > 5%

Ngoài ra còn một số yếu tố khác như độ PH từ 6 đến 8

Tỷ lệ dinh dưỡng (C/N) của chất hữu cơ từ 25 đến 35

Tổng hợp các yếu tố trên ta có bảng sau:

Bảng 2.1: Thông số tốt cho quá trình ủ rác hữu cơ

2.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ VI SINH VẬT SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH XỬ

LÝ RÁC THẢI TẠI VIỆT NAM.

2.4.1 Ứng dụng của các vi sinh vật.

a Trong lĩnh vực y tế

Tình hình sức khoẻ của nhân loại hiện đang ở trong tình trạng đáng longại Hầu nh− lúc nào cũng có khoảng 1/3 dân số toàn cầu ở trạng thái bất ổn.Công nghệ vi sinh đã đóng góp trong việc tìm kiếm nhiều loại d−ợc phẩm quan

trọng, chẩn đoán và điều trị nhiều loại bệnh hiểm nghèo cho con người, gia súcgia cầm.

- Vaccine: Trong quá trình tìm kiếm các biện pháp, thuốc phòng và trị cácloại bệnh truyền nhiễm công nghệ vi sinh đã tạo ra vaccine, nhất là vaccine thế

hệ mới Vaccine thế hệ mới có những ưu diểm là: Rất an toàn cho người sử dụng

vì không chế từ các vi sinh vật gây bệnh, giá thành hạ vì không nuôi cấy virustrên phôi thai gà hay các tổ chức mô động vật vốn rất phức tạp và tốn kém

+ Vaccine ribosome: Cấu tạo từ ribosome của từng loại vi khuẩn gây bệnh(thương hàn, tả, dịch hạch ), ưu điểm của loại vaccine này là ít độc và có tínhmiễn dịch cao

+ Vaccine các mảnh của virus: Là vaccine chế tạo từ glycoprotein của vỏvirus gây bệnh như virus cúm

+ Vaccine kỹ thuật gen: Là vaccine chế tạo từ vi khuẩn hay nấm men tái

tổ hợp có mang gen mã hóa việc tổng hợp protein kháng nguyên của một virushay vi khuẩn gây bệnh nào đó

- Insulin: Việc sản xuất insulin ở quy mô công nghiệp ngày càng là mộtthành công rực rỡ của công nghệ gen Insulin là một protein được tuyến tụy tiết

ra nhằm điều hòa lượng đường trong máu Thiếu hụt insulin trong máu sẽ làmrối loạn hầu hết quá trình trao đổi chất ở cơ thể dẫn đến tích nhiều đường trongnước tiểu Để điều trị bệnh này người bệnh phải tiêm insulin Loại insulin chế từtuyến tuỵ của gia súc hay được tổng hợp insulin bằng con đường hóa học Quátrình tổng hợp rất phức tạp, rất tốn kém

Năm 1978, H Boger đã chế insulin thông qua kỹ thuật di truyền trên vikhuẩn Escherichia coli, cụ thể người ta đã chuyển gen chi phối tính trạng tạoinsulin của người sang cho Escherichia coli Với Escherichia coli đã tái tổ hợpgen này, qua nuôi cấy trong nồi lên men có dung tích 1000 lít, sau một thời giangắn có thể thu được 200 gam insulin tương đương với lượng insulin chiết rút từ8.000 - 10.000 con bò

- Interferon: Interferon có bản chất protein, là chất giúp cho cơ thể chống lạiđược nhiều loại bệnh Để có được interferon người ta phải tách chiết chúng từhuyết thanh của máu nên rất tốn kém Cũng như insulin, người ta chế interferonthông qua con đường vi sinh vật Năm 1980, Gilbert đã thành công trong việcchế interferon từ Escherichia coli, năm 1981 họ thu nhận interferon từ nấm menSaccaromyces cerevisiae cho lượng tăng gấp 10.000 lần so với ở tế bàoEscherichia coli.

- Kích tố sinh trưởng HGH (Human growth homone)

HGH được tuyến yên tạo nên, thông thường muốn chế được HGH người ta phảitrích từ tuyến yên tử thi, mỗi tử thi cho 4- 6mg HGH, theo tính toán muốn chữakhỏi cho một người lùn phải cần 100 - 150 tử thi Năm 1983, sự thành công củacông nghệ vi sinh đã giúp con người chế được HGH từ vi sinh vật Cứ 1 lít dịchlên men Escherichia coli thu được lượng HGH tương ứng với 60 tử thi

- Chất kháng sinh

Kháng sinh chế từ vi sinh vật được con người đầu tư sản xuất từ lâu Đến nayngười ta đã tìm thấy có tới 2500 loại thuốc kháng sinh với cấu trúc phân tử đadạng trong số đó chủ yếu có nguồn gốc từ vi sinh vật

b Trong lĩnh vực nông nghiệp

- Cải tạo giống cây trồng: Thông qua kỹ thuật di truyền với sự hỗ trợ của

vi sinh vật, con người đã tạo ra được giống cây trồng có nhiều tính ưu việt đó làcho năng suất cao, chất lượng nông sản tốt, sức đề kháng sâu bệnh cao

- Sản xuất phân bón vi sinh vật: Phân bón vi sinh vật là sản phẩm chứamột hay nhiều loài vi sinh vật sống đã được tuyển chọn có mật độ đảm bảo cáctiêu chuẩn đã ban hành có tác dụng tạo ra các chất dinh dưỡng hoặc các hoạtchất sinh học có tác dụng nâng cao năng suất, chất lượng nông sản hoặc cải tạođất Các loại phân bón vi sinh vật có thể kể đến là phân vi sinh vật cố định nitơ -đạm sinh học (Nitragin, Azotobacterin, Azospirillum), phân vi sinh vật phân giải

hợp chất phospho khó tan - phân lân vi sinh (Photphobacterin), chế phẩm nấm

rễ, chế phẩm tảo lam

- Sản xuất phân hữu cơ sinh học, một loại sản phẩm được tạo thành thôngqua quá trình lên men vi sinh vật các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau(phế thải nông, lâm nghiệp, phế thải chăn nuôi, phế thải chế biến, phế thải đô thị,phế thải sinh hoạt ), trong đó các hợp chất hữu cơ phức tạp dưới tác động của

vi sinh vật hoặc các hoạt chất sinh học của chúng được chuyển hoá thành mùn

- Sản xuất thức ăn chăn nuôi: Một loạt vi sinh vật có khả năng chuyển hoácác hợp chất cacbon hữu cơ thành protein và các acid amin, vitamin Có thể lợidụng khả năng này của vi sinh vật để sản xuất các loại protein đậm đặc làm thức

ăn chăn nuôi Một số vi sinh vật khác có khả năng sản sinh các Probiotic có tácdụng điều hoà hệ thống vi sinh vật trong đường tiêu hoá và người ta đã lợi dụngđặc tính này của vi sinh vật để sản xuất các chế phẩm probiotic làm thức ăn bổsung trong chăn nuôi

- Sản xuất chất kích thích sinh trưởng Gibberellin, Aucin từ vi sinh vật

- Sản xuất chế phẩm vi sinh vật dùng trong bảo vệ thực vật: Bt., Biospor,Enterobacterin, Bathurin,

c Trong lĩnh vực công nghiệp

- Sản xuất cồn làm nguồn năng lượng thay xăng dầu chạy xe các loại:Công nghệ vi sinh lên men nguyên liệu rẻ tiền như rỉ đường để sản xuất cồnchạy xe thay xăng dầu Năm 1985 ở Brazil đã sản xuất 1 tỷ lít cồn/năm dùng đểchạy xe hơi

- Tạo khí sinh học (Biogas): Thường Biogas chứa khoảng 60 - 80% khímethane (CH4) được sinh ra trong quá trình lên men các phế thải hữu cơ.Nguyên lý của quá trình này là lên men yếm khí của nhóm vi sinh vật yếm khíchịu nhiệt Trong quá trình phân huỷ chuyển hóa các hợp chất hữu cơ người tathu được biogas, phần cặn bã còn lại làm phân bón cho cây trồng

- Bảo vệ môi trường: Công nghệ vi sinh đã tham gia tích cực trong vấn đề

xử lý phế thải công nông nghiệp, rác thải sinh hoạt, nước thải làm sạch môitrường bằng công nghệ vi sinh vật hảo khí, bán hảo khí và yếm khí Đây là vấn

đề nóng hổi, cấp thiết trên toàn cầu hiện nay

2.4.2 Lựa chọn và sử dụng chủng loại vi sinh vật để xử lý rác thải.

Việc lựa chọn chủng loại vi sinh hoàn toàn phụ thuộc vào thành phần hữu

cơ cần phân huỷ ở trong rác thải

Với rác sinh hoạt hay tại chợ thì ta có thể sử sụng vi sinh vật EM hoặc visinh vật Lignin

Với rác từ các khu sản xuất nông nghiệp như mía, cafe thì ta nên sửdụng vi sinh vật Micromix 3

2.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ LÀM PHÂN COMPOST THEO PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN CÓ THỔI KHÍ CƯỠNG BỨC.

2.5.1 Nguyên lý.

Ngày nay, mọi người đều ít nhiều biết đến việc ủ Compost hay là một quátrình sinh học trong xử lý chất thải hữu cơ Ủ Compost cũng là quá trình khôngthể thiếu trong các mô hình xử lý chất thải rắn đô thị hiệu quả Mô hình xử lý cơsinh học (Mechanical Biological Treatment - MBT) được áp dụng phổ biến trênthế giới hiện nay chính là sự kết hợp hiệu quả của quá trình ủ Compost hay phứchợp biogas- composting với các quá trình xử lý cơ học và tái chế khác Nội dungcủa đồ án này nhằm trao đổi những khái niệm khoa học về quá trình ủ Compost,các mô hình công nghệ ủ Compost quy mô lớn áp dụng trên thế giới và tại ViệtNam hiện nay

Những khái niệm khoa học về ủ Compost Ủ Compost được hiểu là quátrình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học đến

trạng thái ổn định dưới sự tác động và kiểm soát của con người, sản phẩm giốngnhư mùn được gọi là Compost Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân hủytrong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóa các điều kiệnmôi trường cho hoạt động của vi sinh vật

Lịch sử quá trình ủ Compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh củanông nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3.000năm trước Công nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghiệp đầutiên trên thế giới Người Trung Quốc đã ủ chất thải từ cách đây 4.000 năm,người Nhật đã sử dụng Compost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế

kỷ Tuy nhiên đến năm 1943, quá trình ủ Compost mới được nghiên cứu mộtcách khoa học và báo cáo bởi Giáo sư người Anh, Sir Albert Howard thực hiệntại ấn Độ Đến nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ Compost và nhiều môhình công nghệ ủ Compost quy mô lớn được phát triển trên thế giới

Compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị dưỡngphong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và câytrồng Sản phẩm Compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trongnông nghiệp hay các mục đích cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng.Ngoài ra, Compost còn được biết đến trong nhiều ứng dụng, như là các sảnphẩm sinh học trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, hay các sản phẩm dinhdưỡng, chữa bệnh cho vật nuôi và cây trồng

Phương pháp ứng dụng vi sinh vật rất quan trọng trong quá trình ủCompost Thực tế, hệ vi sinh vật cần thiết cho quá trình ủ Compost đã có sẵntrong vật liệu hữu cơ, tự thích nghi và phát triển theo từng giai đoạn của quátrình ủ Compost Các thành phần bổ sung thông thường có thể là sản phẩm sau ủCompost hay các thành phần giúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N) Việc bổ sungcác chế phẩm có bản chất là vi sinh vật ngoại lai hay enzyme là không cần thiết

mà vẫn có thể ủ Compost thành công Kiểm soát tốt các điều kiện môi trường

ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật chính là nhân tố quyết định sự thànhcông của quá trình ủ Compost

Kiểm soát tốt quá trình ủ Compost cũng giúp giảm phát sinh mùi ô nhiễm

và loại bỏ các mầm vi sinh vật gây bệnh Vì vậy các giải pháp kỹ thuật trongcông nghệ ủ Compost hiện đại đều hướng tới mục tiêu kiểm soát tối ưu các điềukiện môi trường cùng với khả năng vận hành thuận tiện

2.5.2 Yêu cầu kỹ thuật.

a Phân loại

Phân loại, tuyển chọn rác ngay từ đầu vào trước khi ủ sẽ quyết định đếnchất lượng và thời gian tạo phân Compost Chủng loại rác để phục vụ cho việclàm phân Compost chủ yếu là thành phần hữu cơ được lấy từ rác thải sinh hoạt.Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ Compost từ chất thải rắn đô thị là phân loại để loại

bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc hại khác vì chúng cản trở quá trình chuyển hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm Compost

b Đảo trộn

Đây là một công đoạn của quá trình ủ lên men đống tĩnh có thổi khícưỡng bức Quá trình này giúp cho việc trao đổi oxy, Nitơ diễn ra dễ dàng hơn.Đồng thời người ta cũng tiến hành đưa vào một số loại vi sinh vật thích hợp đểđẩy nhanh quá trình phân huỷ rác hữu cơ Như vậy làm cho sự hoạt động củacác vi sinh vật trong rác thuận lợi thúc đẩy nhanh quá trình ủ lên men Côngđoạn này người ta thường sử dụng các máy xúc với công nghệ ở trên Với một

số công nghệ khác thì rác được đảo trộn trong các bình chứa

c Đưa vào bể ủ

Sau khi rác hữu cơ đã được trộn với vi sinh vật thì được đưa vào bể ủtrong thời gian từ 28 đến 50 ngày tuỳ vào thành phần của rác

Bể ủ được thiết kế có thể ở dạng bán kín hoặc kín hoàn toàn Phía trên là các hệthống mái che, các hệ thống quạt thổi và các hệ thống vòi phun nước Phía dưới

đã được chắn để không cho nước thoát ra từ rác thải ngấm xuống nước ngầm

d Thổi khí cưỡng bức

Việc giám sát quá trình lên men của rác thải thông qua các hệ thống mạchđiện tử có thể tự động hoặc bán tự động Quá trình giám sát này chủ yếu kiểmsoát hai tham số chính đó là nhiệt độ và độ ẩm, vì đây là hai tham số giúp choquá trình phát triển của vi sinh vật

Người ta sẽ tiến hành thổi khí cưỡng bức thông qua các hệ thống quạtcông suất lớn để làm hạ nhiệt độ nếu nhiệt độ trong quá trình ủ tăng lên

Khi độ ẩm và nhiệt độ của quá trình ủ giảm xuống người ta lại tiến hànhtưới nước để làm tăng độ ẩm và nhiệt độ lên

e Quạt tinh chế sàng Compost

Hệ thống này có nhiệm vụ sàng lọc và phân loại một lần nữa rác đã đượclên men Rác sau khi được lên men qua hệ thống sàng để tách ra rác hữu cơ vàphi hữu cơ Thành phần hữu cơ chia ra làm 2 nhánh: Với mùn hữu cơ thì đượcđưa thẳng ra đầu ra còn với hệ thống hữu cơ phân huỷ chậm thì phải qua hệthống nghiền

f Đóng gói, chế biến

Đây là công đoạn cuối cùng để hoàn tất việc tạo phân Compost từ chấthữu cơ trong xử lý rác thải Người ta phải tiến hành pha thêm một số chất phụgia, bảo quản trước khi đóng gói đưa ra thị trường đó là loại phân hữu cơ

2.5.3 Quy trình công nghệ.

Gồm có các giai đoạn sau:

- Công đoạn tuyển lựa

- Quy trình ủ lên men

- Công nghệ ủ lên men

- Công đoạn ủ chín.

- Công đoạn tinh chế

Rác thải của các hộ dân được phân loại sơ bộ ngay tại gia đình, mỗi gia đình

có 2 thùng rác, một thùng đựng rác hữu cơ (thực phẩm thừa, lá cây ), mộtthùng đựng rác vô cơ các loại không phân hủy được (thủy tinh, nilon, vỏ sò, vỏốc ) Hàng ngày công nhân của đội thu gom đi thu gom đưa về sân tập kết Ởđây, rác được tiếp tục phân loại để loại bỏ các chất vô cơ Phần hữu cơ được trộnlẫn với chế phẩm vi sinh BioMicromix rồi đưa vào bể ủ Chế phẩm vi sinhBioMicromix là chế phẩm vi sinh vật ưa nhiệt, có tác dụng thúc đẩy nhanh quátrình phân hủy chất hữu cơ, làm nhanh mất mùi hôi, không có ruồi muỗi Mỗi bể

ủ có thể tích từ 30 – 40 m3

Để giải quyết lên men ủ rác với các vi sinh vật hiếu khí, chịu nhiệt, đảm bảophân hủy rác triệt để, các giải pháp khắc phục như sau: xây 4 bể ủ rác, mỗi bểdung tích 30 – 40 m3 Để làm đầy được 1 bể cần thời gian khoảng 10 - 12 ngày,rác được nạp dần dần có phối trộn BioMicromix, chiều cao của khối ủ khoảng1,2 - 1,5 m, có đảo trộn, tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển Thờigian lên men trong bể kéo dài từ 28 - 50 ngày, nghĩa là sau khi làm đầy 3 bể cònlại thì quay về bể đầu tiên Khi quá trình ủ đã kết thúc, đống ủ xẹp xuống, nhiệt

độ xuống dưới 400C, rác được chuyển ra sân phơi cho khô, sau đó được đưa vàonghiền và sàng phân loại Phần hữu cơ (mùn) tận dụng làm phân bón Nước rácđược thu gom vào bể chứa qua hệ thống rãnh, khi khối ủ bị khô dùng nước này

để bổ sung

Bể số 1

Nhà kho chế biến

và bảo quản

Bể số 2

Bể số 3

Bể số 4

Máy nghiền

Máy sàng

Hình 2.1: Bố trí các bể ủ và máy nghiền, sàng rác hữu cơ.

Các chất vô cơ được phân loại, phần có thể tái chế (thuỷ tinh, nilon, sắtthép ) được thu gom lại để bán cho các cơ sở tái chế; phần không tái chế được(sành sứ, vỏ ốc, ) được đem đi chôn lấp Gạch ngói vỡ dùng để san nền hay bêtông hóa, lát kè đường đi, xây mương

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC.