Nghiên cứu sản xuất phân compost từ bùn thải sinh học khu công nghiệp vĩnh lộc, thành phố hồ chí minh

Để thực hiện công tác bảo vệ môi trường theo định kỳ, Công ty TNHH MTV KCN Vĩnh Lộc đã tiến hành công tác giám sát chất lượng môi trường không khí, nước, chất thải rắn và những hoạt động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN COMPOST

TỪ BÙN THẢI SINH HỌC KHU CÔNG NGHIỆP VĨNH LỘC, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Mã chuyên ngành : 60420201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Tôn Thất Lãng

Người phản biện 1: PGS TS Bùi Văn Lệ

Người phản biện 2: TS Hoàng Anh Hoàng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM ngày 11 tháng 01 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS Nguyễn Đức Lượng - Chủ tịch Hội đồng

2 PGS TS Bùi Văn Lệ - Phản biện 1

3 TS Hoàng Anh Hoàng - Phản biện 2

4 TS Nguyễn Hoàng Chương - Ủy viên

5 TS Phan Thị Huyền - Thư ký

PGS TS Nguyễn Đức Lượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐẶNG ANH TUẤN MSHV: 7140299

Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1983 Nơi sinh: Tây Ninh

Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học Mã chuyên ngành: 60420201

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu sản xuất phân compost từ bùn thải sinh học Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc, thành phố Hồ Chí Minh

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Thu thập tài liệu về KCN Vĩnh Lộc, hệ thống XLNT và bùn thải của KCN Vĩnh Lộc

- Lấy mẫu, phân tích, đánh giá chất lượng và đặc tính bùn thải của KCN Vĩnh Lộc

- Đánh giá các biện pháp quản lý và xử lý bùn thải hiện nay tại KCN Vĩnh Lộc

- Thực hiện thí nghiệm ủ bùn thải hiếu khí với các tỷ lệ khác nhau của chất độn trơ

và vi sinh (qui mô Phòng thí nghiệm)

- Đánh giá kết quả thí nghiệm, chất lượng bùn thải sau khi ủ và đề xuất

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Tôn Thất Lãng

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 01 năm 2019

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

PGS TS Tôn Thất Lãng

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Tuy có nhiều cố gắng, nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định; tác giả rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dẫn, giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, của quý thầy cô, và các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Bùn thải nói chung và bùn thải sinh học phát sinh từ các nhà máy xử lý nước thải nói riêng có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và hệ sinh thái nghiêm trọng nếu không có biện pháp quản lý, xử lý phù hợp Một trong những biện pháp góp phần làm giảm thiểu chất thải là việc tuần hoàn và tái sử dụng hợp lý bùn thải

Phương pháp ủ hiếu khí thụ động đã được đề xuất áp dụng cho bùn sinh học của Khu công nghiệp Vĩnh Lộc không chứa các thành phần nguy hại, có hàm lượng hữu

cơ cao, pH và dinh dưỡng phù hợp để sản xuất phân hữu cơ vi sinh Nghiên cứu được thực hiện với các tỷ lệ khối lượng phối trộn bùn/ chất độn trơ và bùn/vi sinh khác nhau nhằm xác định tỷ lệ phối trộn của chế phẩm vi sinh với bùn thải cho hiệu quả

ủ tối ưu nhất

Kết quả thí nghiệm sau 50 ngày ủ, các nghiệm thức đều cho sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng phân hữu cơ vi sinh theo 10TCN 526:2002, nhận thấy các mô hình có tỷ lệ 1/0,3 bùn/ cao su và mô hình có bổ sung chế phẩm vi sinh cho hiệu quả ủ tốt hơn

so với mô hình không bổ sung chế phẩm Xác định được tỷ lệ phối trộn bùn/vi sinh bằng 1/0,05 cho hiệu quả phân hủy tốt nhất: TOC giảm 19,5-20,2%, N thất thoát không đáng kể (giảm 0,44-0,55%), nhiệt độ cao nhất của khối ủ đạt 53,5oC- 58oC và kéo dài trong 5 ngày đảm bảo tiêu diệt hoàn toàn các vi khuẩn có hại Tuy nhiên phân sau ủ có hàm lượng nitơ thấp nên cần thiết phải bổ sung hàm lượng dinh dưỡng

để đảm bảo chất lượng phân hữu cơ vi sinh khi sử dụng làm phân bón

ABSTRACT

Sludge in general and biological sludge generated from wastewater treatment plants

in particular can cause serious environmental and ecological pollution if there are no appropriate management and handling measures One of the measures that contribute

to the reduction of waste is the circulation and reuse of biological sludge

An aerobic passive composting was applied to treat biological sludge from the Vinh Loc industrial park that have no hazardous ingredients, high organic contents, pH and suitable nutrition to produce micro-organic fertilizer The study was done with the mixing ratios of sludge/inactive fillers and microbial products to determine the the best ratio for the high quality of compost product

After 50 days of composting, the products of all batches can meet the standards

of micro-organic fertilizer of 10TCN 526:2002, treatments with microorganism are more effective than compost without microorganism The study has indicated that a sludge/microbial products mixing rate of 1/0.05 provides the most efficient decompostition: TOC reduced by 19,5-20.2%, loss of Nitrogen is trivial (reduced by 0,44-0,55%), the highest temperature reaching 53.5 oC- 58.oC and lasting for 5 days which ensures elimination of pathogens However, the fertilizer after composting has low of Nitrogen and Potassium content, it is necessary to add nutrient content to ensure the quality of micro-organic fertilizer when used as fertilizer

Keywords: Biological sludge, micro-organic fertilizer, the aerobic passive composting

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Học viên

Đặng Anh Tuấn

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

2.1 Mục tiêu chung 3

2.2 Mục tiêu cụ thể 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

3.1 Đối tượng nghiên cứu 4

3.2 Phạm vi nghiên cứu 4

4 Cách tiếp cận trong nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

5.1 Ý nghĩa khoa học 4

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 6

1.1 Tổng quan 6

ii

1.1.1 Tổng quan về Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc 6

1.1.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tại Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc 8

1.1.3 Tổng quan về quá trình sản xuất composting 15

1.2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 32

1.2.1 Ngoài nước 34

1.2.2 Trong nước 36

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

2.1 Nguyên vật liệu và dụng cụ thí nghiệm 40

2.1.1 Bùn thải sinh học 40

2.1.2 Chế phẩm vi sinh 40

2.1.3 Hóa chất 42

2.1.4 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 42

2.2 Nội dung thí nghiệm 45

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 45

2.3.1 Phương pháp tổng quan tài liệu 45

2.3.2 Phương pháp khảo sát, điều tra 46

2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 46

2.3.4 Phương pháp thu mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm 46

2.3.5 Phương pháp thực nghiệm 47

2.3.6 Phương pháp bố trí thí nghiệm phối trộn vi sinh 50

2.4 Giới hạn nghiên cứu 52

iii

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Kết quả phân tích mẫu bùn thải Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc 53

3.1.1 Kết quả phân tích mẫu bùn thải trước khi ủ hiếu khí 53

3.1.2 Đánh giá các biện pháp quản lý và xử lý hiện nay tại Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc 54

3.1.3 Quá trình ủ hiếu khí với chất độn trơ 55

3.2 Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải của Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc làm nguyên liệu sản xuất phân compost 64

3.3 Quá trình ủ bùn thải có bổ sung chế phẩm vi sinh 65

3.3.1 Nhiệt độ của bùn trong các mô hình ủ 65

3.3.2 Độ ẩm của bùn trong các mô hình ủ 66

3.3.3 pH của bùn trong các mô hình ủ 67

3.3.4 Hàm lượng cacbon của bùn trong các mô hình ủ 68

3.3.5 Hàm lượng nitơ của bùn trong các mô hình ủ 69

3.3.6 Tỷ lệ C/N của bùn trong các mô hình ủ 70

3.3.7 Màu và mùi của bùn trong các mô hình ủ 70

3.3.8 Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm ủ 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

1 Kết luận 73

2 Kiến nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

iv

PHỤ LỤC xi

Phụ lục 1 Kết quả số liệu phân tích các chỉ tiêu xi

1 Bảng số liệu kết quả phân tích các chỉ tiêu của quá trình ủ hiếu khí với chất độn trơ xi

2 Bảng số liệu kết quả phân tích các chỉ tiêu quá trình ủ bùn thải có bổ sung chế phẩm vi sinh xv

Phụ lục 2 Một số hình ảnh thí nghiệm xviii

2.1 Phân tích độ ẩm xviii

2.2 Phân tích pH xix

2.3 Phân tích cacbon hữu cơ xix

2.4 Phân tích tổng nitơ xx

2.5 Phân tích P2O5 xxi

Phụ lục 3 Một số tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam xxi

3.1 Tiêu chuẩn tiếp nhận nước thải theo QCVN 40:2011/BNTMT xxii

3.2 Tiêu chuẩn nước thải đầu ra sau xử lý theo tiêu chuẩn loại A, QCVN 40:2011/BTNMT xxiii

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN xxxvii

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ 12

Hình 1.2 Hệ thống xử lý bùn của KCN Vĩnh Lộc: (a) Bể chứa bùn; (b) Bể nén bùn; (c) Máy ép bùn; (d) Nhà chứa bùn đặc 15

Hình 1.3 Sự biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ phân compost 18

Hình 1.4 Vi sinh Microbe-Lift chính hãng 27

Hình 2.1 Chế phẩm Microbe-Lift IND 40

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát nội dung thí nghiệm 45

Hình 2.3 Cao su phế thải 48

Hình 2.4 Hình ảnh bố trí ống dẫn khí ở đáy 48

Hình 2.5 Quy trình thí nghiệm phối trộn vi sinh 51

Hình 2.6 Mô hình ủ hiếu khí bùn với chế phẩm sinh học 51

Hình 3.1 Diễn biến t0 của các mô hình ủ với chất độn trơ 56

Hình 3.2 Diễn biến pH của các mô hình ủ với chất độn trơ 58

Hình 3.3 Diễn biến độ ẩm của các mô hình ủ với chất độn trơ 58

Hình 3.4 Hàm lượng tổng Nitơ của các mô hình ủ với chất độn trơ 60

Hình 3.5 Hàm lượng TOC của các mô hình ủ với chất độn trơ 61

Hình 3.6 Tỉ lệ C/N của các mô hình ủ với chất độn trơ 62

Hình 3.7 Hàm lượng P dễ tiêu của các mô hình ủ với chất độn trơ 63

Hình 3.8 Đồ thị biến thiên t0 của các mô hình ủ có bổ sung vi sinh 65

Hình 3.9 Đồ thị biến thiên độ ẩm của các mô hình ủ có bổ sung vi sinh 66

vi

Hình 3.10 Đồ thị biến thiên pH của các mô hình ủ có bổ sung vi sinh 67Hình 3.11 Đồ thị biến thiên hàm lượng cacbon của các mô hình ủ có bổ sung vi sinh

68Hình 3.12 Đồ thị biến thiên hàm lượng N của các mô hình ủ có bổ sung vi sinh 69Hình 3.13 Đồ thị biến thiên tỷ lệ C/N của các mô hình ủ có bổ sung vi sinh 70

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Danh sách thống kê ngành nghề đầu tư tại Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc 6

Bảng 1.2 Bảng tiêu chuẩn tiếp nhận nước thải của các doanh nghiệp trong Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc 8

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn nước thải đầu ra sau xử lý theo tiêu chuẩn loại A - QCVN 40:2011/BTNMT 10

Bảng 1.4 Tóm tắt cách kiểm soát một số thông số vật lý và hóa học diễn ra trong đống ủ 22

Bảng 1.5 Các bước của qui trình xử lý bùn thải 33

Bảng 2.1 Thành phần các chủng vi sinh trong Microbe-Lift IND được công bố của Nhà phân phối Công ty TNHH Đất Hợp 41

Bảng 2.2 Hóa chất phân tích và xử lý 42

Bảng 2.3 Dụng cụ lấy mẫu và xử lý 43

Bảng 2.4 Dụng cụ thử nghiệm xử lý 43

Bảng 2.5 Một số thiết bị chính sử dụng phân tích mẫu 44

Bảng 2.6 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 47

Bảng 2.7 Tần suất lấy mẫu và phân tích 50

Bảng 3.1 Kết quả phân tích bùn thải từ trạm xử lý nước thải tập trung của Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc trước khi ủ hiếu khí 53

Bảng 3.2 So sánh chất lượng bùn thải sau khi ủ với 10TCN 526:2002 64

Bảng 3.3 Kết quả kiểm định chất lượng phân sau ủ 71

Một thực tế mà ít người cũng nhận thấy, nền kinh tế phát triển thì các khu công nghiệp (KCN) cũng thay nhau “mọc” lên Đồng nghĩa với việc một lượng lớn lưu lượng nước thải được thải ra môi trường Tuy dưới sự quản lý nghiêm ngặt của Nhà nước, luôn có các trạm xử lý nước tập trung ở các KCN, nhưng nước ta là một nước mới biết và quản

lý về mặt môi trường nên công nghệ xử lý thì lạc hậu, chưa giải quyết dứt điểm về vấn

đề môi trường Cụ thể, ta đang ở bậc “Xử lý cuối đường ống”, điều này mang lại hạn chế rất nhiều khi một dòng nước thải bao gồm các hợp chất vô cơ và hữu cơ gây ô nhiễm thì việc ta gọi là “xử lý” chỉ đơn thuần là tách các hợp chất ô nhiễm đó từ dạng khó kiểm soát (trong nước) sang dạng dễ kiểm soát (bùn thải) Chính vì thế mà một lượng bùn thải rất lớn được sinh ra trong một ngày xử lý

Và theo thực tế, lượng bùn thải này sẽ được các công ty vệ sinh môi trường xử lý bằng phương pháp phổ biến là đốt Thế là quá trình từ chất rắn (bùn thải) chuyển sang dạng khí thoát ra ngoài qua các ống khói là đốt Các chất khí độc hại lại tồn tại trong bầu khí quyển Một thời gian sẽ hình thành quá trình sa lắng ướt (gọi là mưa) Các chất ô nhiễm lại chuyển vào dòng nước (tuy có sự pha loãng nồng độ chất ô nhiễm, nhưng không giải quyết triệt để vấn nạn môi trường) Tất cả chỉ là một cái vòng tuần hoàn “chất ô nhiễm”,

đó chính là nhược điểm lớn nhất của “Xử lý cuối đường ống” Vì không thể giải quyết triệt để vấn đề môi trường nên bùn thải vẫn là vấn đề quan tâm của nhiều cơ quan quản

lý

2

Do sự quản lý không chặt chẽ về chất lượng môi trường, nhất là lượng bùn thải từ các

hệ thống xử lý nước thải không được quan tâm nên trong thời gian qua đã ít nhiều ảnh hưởng đến môi trường Nếu không được can thiệp sớm nhất có thể thì trong tương lai gần, nguồn nước mặt, nước ngầm sẽ bị ô nhiễm do hàm lượng dinh dưỡng có trong loại bùn thải này vì các lý do sau:

- Bùn thải được xem là chất thải rắn nhưng hiện tại vẫn chưa được quan tâm theo dõi thống kê và xử lý Chi phí đầu tư xử lý là rất tốn kém nên dễ dẫn đến tình trạng né tránh, không trung thực của các doanh nghiệp trong việc xử lý bùn thải đạt tiêu chuẩn

đã có một số đề tài nghiên cứu liên quan đến vấn đề này với vật liệu như là: Phân lợn, bùn hầm cầu, vỏ cà phê, vỏ quả ca cao, rác thải hữu cơ nhưng hiện tại chưa có đề tài nào nghiên cứu chính thức được công bố về vật liệu bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải tập trung tại các KCN

KCN Vĩnh Lộc được thành lập và đi vào hoạt động sản xuất từ năm 1997 theo Quyết định số 81/TTg của Thủ tướng Chính phủ với diện tích quy hoạch 207 ha, có tổng số

117 doanh nghiệp, trong đó có 22 doanh nghiệp thuê nhà xưởng xây sẵn của KCN Vĩnh Lộc để hoạt động sản xuất

Vì các doanh nghiệp thuê nhà xưởng xây sẵn trên thuộc các ngành nghề sản xuất như: bao bì, nhãn mác, may mặc và cơ khí, đồng thời các doanh nghiệp này chủ yếu là gia công sản phẩm, phát sinh ít chất thải nên vấn đề ô nhiễm môi trường mà các doanh nghiệp này gây ra không đáng kể Thông qua khảo sát, điều tra thông tin thực tế những

3

doanh nghiệp chỉ phát sinh nước thải sinh hoạt của công nhân viên Do đó, về môi trường của những doanh nghiệp này hầu như không ô nhiễm

Căn cứ vào điều 123, chương XIII của Luật bảo vệ môi trường, ngày 12/12/2005, Công

ty TNHH MTV KCN Vĩnh Lộc đã thành lập bộ phận chuyên trách về bảo vệ môi trường, nhằm bảo vệ môi trường bên trong KCN

Để thực hiện công tác bảo vệ môi trường theo định kỳ, Công ty TNHH MTV KCN Vĩnh Lộc đã tiến hành công tác giám sát chất lượng môi trường không khí, nước, chất thải rắn

và những hoạt động môi trường khác tại KCN từ tháng 6/2009 đến tháng 10/2009 nhằm đánh giá khả năng tác động do hoạt động sản xuất của các nhà máy trong KCN tới môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, cũng như ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Từ đó đề ra các biện pháp khắc phục cũng như xử lý những tồn tại trong việc thực hiện công tác bảo vệ môi trường của các công ty hoạt động trong KCN Vĩnh Lộc hiện hữu Đề tài “Nghiên cứu sản xuất phân compost từ bùn thải sinh học Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc, thành phố Hồ Chí Minh” được thực hiện với vật liệu bùn thải cuối hệ thống xử lý được phối trộn cùng với vật liệu phù hợp, chế phẩm vi sinh nhằm xác định khả năng tái sử dụng bùn thải sinh học tại KCN Vĩnh Lộc, thành phố Hồ Chí Minh để sản xuất phân compost với chất độn trơ (cao su) kết hợp với chế phẩm vi sinh

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu chung

Xác định khả năng tái sử dụng bùn sinh học tại KCN Vĩnh Lộc sản xuất compost với chất độn trơ (cao su) kết hợp với chế phẩm vi sinh

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá khả năng tái sử dụng bùn sinh học của KCN Vĩnh Lộc

- Tạo ra sản phẩm ủ đạt chất lượng phân hữu cơ vi sinh theo Tiêu chuẩn 10TCN 526:2002

- Xác định tỷ lệ chất độn và vi sinh phối trộn với bùn cho hiệu quả ủ compost tốt nhất

4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Bùn thải sinh học: Đề tài tiến hành nghiên cứu trên bùn thải sinh học vì quá trình sinh học hiếu khí chuyển hóa (oxy hóa) các chất hòa tan và dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được như: humic, fulvic… nên bùn thải sinh học

có thành phần là các hợp chất đơn giản dễ hấp thu thích hợp tận dụng làm phân hữu cơ

và bước đầu nghiên cứu phân compost

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Bùn thải của trạm xử lý nước thải tập trung của KCN Vĩnh Lộc, thành phố Hồ Chí Minh

4 Cách tiếp cận trong nghiên cứu

Đề tài tiếp cận các vấn đề nghiên cứu từ các góc độ sau:

- Tiếp cận từ cơ sở lý luận, tổng quan về bùn thải sinh học khu công nghiệp

- Tiếp cận từ thực tiễn, khảo sát đánh giá hiện trạng và công tác quản lý, xử lý bùn thải phát sinh từ trạm xử lý nước thải tập trung của Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc, thành phố Hồ Chí Minh

- Tiếp cận từ những quy định của QCVN 50:2013/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường về Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước; QCVN 40:2011/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường về Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp

- Tiếp cận mô hình thực nghiệm ủ compost hiếu khí với chất độn trơ, bổ sung vi sinh, đánh giá chất lượng theo tiêu chuẩn 10TCN 526:2002 nhằm sản xuất phân compost

từ bùn thải sinh học của KCN Vĩnh Lộc, thành phố Hồ Chí Minh

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu mở ra một hướng mới cho việc sử dụng bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải tập trung thành sản phẩm có ích cho nền kinh tế, cho ngành nông nghiệp và hạn chế gây ảnh hưởng đến môi trường

5

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Sản phẩm của quá trình sinh học hiếu khi là những chất đơn giản nên trong bùn thải

sinh học chứa các chất dễ hấp thu (humic, fulvic…) thích hợp làm phân compost cho

6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan

1.1.1 Tổng quan về Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc

1.1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc

Bảng 1.1 Danh sách thống kê ngành nghề đầu tư tại Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc [1]

in, may mặc, thuốc lá, y tế, mỹ phẩm, đồ gỗ mỹ nghệ, cơ khí Danh sách thống kê cơ cấu ngành nghề đầu tư vào KCN Vĩnh Lộc hiện hữu được trình bày trong bảng 1.1

7

1.1.1.2 Địa điểm xây dựng và nguồn tiếp nhận Trung tâm XLNT KCN Vĩnh Lộc

Trung tâm XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc được xây dựng từ năm 2006 và được đưa vào vận hành từ 1/9/2008 với công suất thiết kế 6000 m3/ngày đêm

Diện tích: 4000 m2

Địa điểm xây dựng: Đường số 2 – KCN Vĩnh Lộc – Bình Tân

Nguồn gốc tính chất nước thải: KCN có 2 hệ thống thoát nước mưa và nước thải riêng biệt Nước thải công nghiệp phát sinh từ các doanh nghiệp phải được xử lý cục bộ đạt tiêu chuẩn quy định của KCN và đầu nối với hệ thống thoát nước chung để đưa về trạm XLNT tập trung của KCN Nước thải của KCN bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất:

Nước thải sinh hoạt: chứa nhiều thành phần chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài

ra còn có các thành phần vô cơ, VSV và vi trùng gây bệnh, thành phần nước thải tương đối ổn định Nước thải sinh hoạt chủ yếu phát sinh do hoạt động của cán bộ công nhân viên trong KCN, từ nhà vệ sinh, nhà ăn, bếp nấu ăn, giặt giũ, tẩy rửa,

Nước thải sản xuất: Nước thải sản xuất phát sinh do quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy, cơ sở sản suất trong KCN

Căn cứ vào điều 123, chương XIII của Luật bảo vệ môi trường, ngày 12 tháng 12 năm

2005, Công ty TNHH một thành viên KCN Vĩnh lộc đã thành lập bộ phận chuyên trách

về bảo vệ môi trường, nhằm bảo vệ môi trường bên trong KCN

Để thực hiện công tác bảo vệ môi trường theo định kỳ, Công ty TNHH một thành viên KCN Vĩnh Lộc đã tiến hành công tác giám sát chất lượng môi trường không khí, nước, chất thải rắn và những hoạt động môi trường khác tại KCN định kỳ, nhằm đánh giá khả năng tác động do hoạt động sản xuất của các nhà máy trong KCN tới môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, cũng như ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Từ

đó đề ra các biện pháp khắc phục cũng như xử lý những tồn tại trong việc thực hiện công tác bảo vệ môi trường của các công ty hoạt động trong KCN Vĩnh Lộc hiện hữu

8

1.1.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tại Khu Công nghiệp Vĩnh Lộc

1.1.2.1 Thành phần và tính chất nước thải

Tính chất nước thải đầu vào:

 Lưu lượng nước thải trung bình: 4500 m3/ngày đêm

 Lưu lượng cao nhất: 6000 m3/ngày đêm

 Lưu lượng trung bình giờ: (4500/24) = 187.5 m3/giờ

 Lưu lượng cực đại giờ: (6000/24) = 250 m3/giờ x 1,5 = 375 m3/giờ

 Nồng độ trung bình BOD5 < 560 mg/L

 Nồng độ trung bình COD < 780 mg/L

 Chất rắn lơ lửng (SS) < 560mg/L

 Tải lượng BOD5: 2500 kg/ngày

 Tải lượng SS: 2500 kg/ngày

26 Clorua (không áp dụng khi xả

vào nguồn nước mặn, nước lợ) mg/l 1000

1.1.2.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải

Giới thiệu các quy trình xử lý: Với tính chất nước thải và yêu cầu xử lý đã nêu trên, công nghệ xử lý nước thải của KCN Vĩnh Lộc gồm các công đoạn:

Tiền xử lý: Bao gồm các công trình: Song chắn rác thô, bể thu gom, song chắn rác tinh,

bể vớt dầu mỡ và bể điều hòa Nhiệm vụ:

 Song chắn rác thô: loại bỏ rác, cặn thô có kích thước lớn hơn 20mm

 Bể thu gom: tập trung nước thải của khu công nghiệp

 Lược rác tinh: loại bỏ rác tinh có kích thước lớn hơn 2mm

 Bể tách dầu: tách dầu mỡ

 Bể điều hòa: điều hòa nồng độ và lưu lượng chất thải và điều chỉnh pH về khoảng tối

ưu cho quá trình xử lý sinh học

 Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và Nitơ cao Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình làm đầy - sục khí - lắng - xả nước, xả bùn; trong đó quá trình sục khí hay còn gọi là quá trình tạo hạt (bùn hạt hiếu khí), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất nền trong nước

11

thải đầu vào Nói chung, công nghệ SBR đã chứng tỏ được là một hệ thống xử lý có hiệu quả do trong quá trình sử dụng ít tốn năng lượng, dễ dàng kiểm soát các sự cổ xảy ra, xử lý với lưu lượng thấp, ít tốn diện tích rất phù hợp với những trạm có công suất nhỏ, ngoài ra công nghệ SBR có thể xử lý với hàm lượng chất ô nhiễm có nồng

 Hệ thống có thể điều khiển hoàn toàn tự động

 TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử Photpho, Nitrat hóa và khử Nitrat cao

 Quá trình kết bông tốt do không có hệ thống gạt bùn cơ khí

 Ít tốn diện tích do không có bể lắng 2 và quá trình tuần hoàn bùn

 Chi phí đầu tư và vận hành thấp (do hệ thống motor, cánh khuấy hoạt động gián đoạn)

 Quá trình lắng ở trạng thái tĩnh nên hiệu quả lắng cao

 Có khả năng nâng cấp hệ thống

Nhược điểm:

 Do hệ thống hoạt động theo mẻ nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau

 Công suất xử lý thấp (do hoạt động theo mẻ)

 Người vận hành phải có kỹ thuật cao

Xử lý bậc cao: Khử trùng nước thải bằng dung dịch Javen trong bể tiếp xúc

Xử lý bùn dư: Xử lý bùn dư bằng bể chứa bùn, bể nén bùn và máy ép bùn ly tâm

12

Sơ đồ công nghệ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước thải từ các nhà máy sản xuất trong KCN được thu gom và dẫn về bể thu gom nước thải và lược rác thô của trạm xử lý nước thải tập trung Trước khi vào bể thu gom B01, nước thải được dẫn qua lược rác thô để loại bỏ cặn rắn có kích thước lớn hơn 20mm ra khỏi dòng thải Từ bể B01, nước thải được bơm lên thiết bị lược rác tinh, lược bỏ các

13

cặn rắn có kích thức lớn hơn 2mm, sau đó nước thải sẽ tự chảy qua bể tách dầu B02 Tại đây, với cơ cấu tạo dòng chảy đặc biệt sẽ đẩy các dầu mỡ có trong nước thải lên trên, nước trong được thu từ phía dưới bể và tự chảy qua bể điều hòa B03 Tại bể B03, nước thải sẽ được trộn trực tiếp với các hóa chất acid/bazơ để trung hòa, điều chỉnh pH ở khoảng thích hợp cho các công trình xử lý tiếp theo, đồng thời một lượng chất dinh dưỡng cũng sẽ được bổ sung nếu nước thải đầu vào không đủ dinh dưỡng cho quá trình

xử lý sinh học Bể điều hòa cũng được bố trí hệ thống cấp khí nhằm tạo sự xáo trộn giữa các dòng thải với nhau (mỗi dòng thải có thành phần ô nhiễm khác nhau) nhằm tạo môi trường đồng nhất cho các dòng nước thải trước khi qua các bước xử lý tiếp theo, bể điều hòa được tính toán có thể tích lớn, đủ để chứa nước thải trong trường hợp có sự đột biến

về lưu lượng hoặc bể SBR có sự cố hay bảo trì, bảo dưỡng Từ bể điều hòa, nước thải được bơm lên các bể xử lý sinh học hiếu khí SBR B04A/B

Xử lý chất hữu cơ trong bể SBR là công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính hiếu khí lơ lửng, dạng mẻ Nguyên tắc hoạt động của SBR bao gồm chuỗi chu trình xử lý liên tiếp với các chu kì sau:

Bước 1: Nạp nước vào bể (fill), bước này được chia làm 2 giai đoạn:

 Bước 1a: bơm nước vào bể và khuấy trộn (Mixed)

 Bước 1b: bơm nước vào bể, khuấy trộn và sục khí (Aerotank)

Bước 1 ứng dụng quá trình sinh trưởng của vi sinh vật trong điều kiện thiếu khí (hàm lượng oxy hòa tan gần bằng không) để phân hủy chuyển hóa các liên kết nitơ trong nước thải bằng quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat hóa Việc kiểm soát thời gian sục khí trong bước 1 để điều chỉnh hiệu suất khử Nitơ ở mức cao nhất

Bước 2: Sục khí (Aerotank): Ứng dụng quá trình sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí (bao gồm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn hiếu khí tùy tiện, nấm, tảo, động vật nguyên sinh) dưới tác động của oxy được cung cấp từ không khí qua các máy thổi khí và được hòa tan vào trong nước thải nhờ các máy làm thoáng chìm - sẽ giúp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy các chất hữu cơ, chuyển hóa chúng thành CO2, H2O, các sản phẩm

vô cơ khác và các tế bào sinh vật mới

14

Bước 3: Lắng (Settlement): Sau thời gian làm thoáng, nước thải trong các bể SBR sẽ được để yên và thực hiện quá trình lắng

Bước 4: Xả nước (effluent Decant) và bơm xả bùn dư (Excess Sludge discharge)

 Sau thời gian lắng, phần nước trong phía trên trong bể SBR - qua các thiết bị thu nước dạng phao nổi di động - sẽ được dẫn sang bể khử trùng B05

 Một phần bùn hoạt tính dư lắng dưới đáy bể sẽ được các bơm bùn bơm sang bể chứa bùn, đồng thời chuẩn bị bắt đầu cho mẻ xử lý kế tiếp

 Giai đoạn xả bùn hoàn tất, nước thải tiếp tục được nạp vào bể SBR để bắt đầu một chu kỳ mới Các bể SBR sẽ hoạt động nối tiếp, luân phiên để đảm bảo quá trình xử

lý bùn, qua các công đoạn xử lý trước khi trả về môi trường

 Về công tác xử lý bùn: Bùn dư từ các bể xử lý sinh học SBR sẽ được bơm vào bể chứa bùn B06 Từ bể B06, bùn được bơm với lưu lượng ổn định qua bể nén bùn B07 Cánh khuấy bùn trong bể sẽ tạo điều kiện cho bùn tách nước và lắng nén, nước dư nổi trên bề mặt chảy vào máng thu và quay trở về trạm nước thải để tiếp tục được xử

lý Bùn đặc ở đáy được bơm bùn bơm vào thiết bị ép bùn ly tâm CFF01

 Bánh bùn sau khi ép được đổ vào thiết bị thu bùn khô và chuyển đi chôn lấp theo qui

định, nước dư lại trở về trạm bơm nước thải

15

1.1.2.3 Công tác xử lý bùn

Hình 1.2 Hệ thống xử lý bùn của KCN Vĩnh Lộc: (a) Bể chứa bùn; (b) Bể nén bùn; (c)

Máy ép bùn; (d) Nhà chứa bùn đặc Bùn dư được xử lý bằng bể chứa bùn, bể nén bùn và máy ép bùn ly tâm Bùn dư từ các

bể xử lý sinh học SBR sau khi được bơm vào bể chứa bùn sẽ tiếp tục được bơm với lưu lượng ổn định sang bể nén bùn Cánh khuấy bùn trong bể sẽ tạo điều kiện cho bùn tách nước và lắng nén, nước dư nổi trên bề mặt chảy vào máng thu và quay trở về trạm nước thải để tiếp tục được xử lý Bùn đặc ở đáy được bơm vào máy ép bùn ly tâm Bánh bùn sau khi ép được đổ vào thiết bị thu bùn khô và chuyển đi chôn lấp theo qui định, nước

dư lại trở về trạm bơm nước thải

1.1.3 Tổng quan về quá trình sản xuất composting

1.1.3.1 Tổng quan về compost

Định nghĩa:

 Composting được hiểu là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu cơ đến trạng thái ổn định dưới sự tác động và kiểm soát của con người, sản phẩm giống như mùn được gọi là compost Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân hủy trong

phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau:

- Pha thích nghi (latent phase): Là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới

- Pha tăng trưởng (growth phase): Đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic (khu hệ vi sinh vật chịu nhiệt)

- Pha ưu nhiệt (thermophilic phase): Là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn định hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất

- Pha trưởng thành (maturation phase): Là giai đoạn nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men lần thứ 2 xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ

thành mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ ) và cuối cùng thành mùn

Các phản ứng hóa sinh xảy ra trong quá trình ủ compost:

 Quá trình phân hủy chất thải xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian Ví dụ quá trình phân hủy protein bao gồm các bước: Protein  Protides

 amino acids  hợp chất amonium  nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc

NH3

 Đối với carbohydrates, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước sau: carbohydrates

 đường đơn  acids hữu cơ  CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn

 Phản ứng hóa sinh trong trường hợp làm phân compost hiếu khí và kị khí như sau: Chất hữu cơ + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + SP khác + năng lượng

Chất hữu cơ + O2 + VSV kị khí  CO2 + H2S + NH3 + CH4 + sp khác + năng lượng

 Các phản ứng nitrate hóa, trong đó amoni (sản phẩm phụ của quá trình ổn định hóa chất thải như trình bày ở 2 phương trình trên) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrate (NO3-) cũng xảy ra như sau:

NH4+ + 3/2 O2  NO2- + 2 H+ + H2O (1.1)

NO2- + 1/2 O2  NO3- (1.2)

Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trình ủ, phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các VSV và thiết kế của hệ thống

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trong quá trình chế biến compost và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ chất thải rắn hữu cơ mà trong đề tài là phụ phẩm nông nghiệp Trong luống ủ, nhiệt độ trong giai đoạn ổn định (VSV ưa nhiệt) có thể tăng trên 600C và ở nhiệt độ này mầm bệnh bị tiêu diệt Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh

Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc

độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý, xáo trộn khối ủ

18

Hình 1.3 Sự biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ phân compost

- Độ ẩm (nước):

Là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của VSV trong quá trình chế biến phân hữu cơ

Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan dinh dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ compost nằm trong khoảng 50-60% [2] Các VSV đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy nguyên liệu ủ thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử nguyên liệu Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của VSV, còn khi độ ẩm quá lớn (> 65%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền VSV gây bệnh

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác

Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào Độ ẩm cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như: mạt cưa, rơm rạ

Thông thường độ ẩm của phân bắc, bùn và phân động vật thưởng cao hơn giá trị tối ưu,

do đó cần bổ sung các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệ thống sản xuất phân hữu cơ liên tục, độ ẩm có thể khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm phân hữu cơ

19

- Kích thước hạt:

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy

Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống

ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các VSV trong đống ủ và giảm mức độ hoạt tính của VSV Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều, không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu

cơ

Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3-50 mm Kích thước hạt tối ưu

có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu Nếu nguyên liệu là chất thải rắn đô thị và chất thải rắn công nghiệp có kích thước lớn phải được nghiền đến kích thước thích hợp trước khi làm phân Phân bắc, bùn và phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học Đối với nguồn nguyên liệu vỏ hạt tiêu có kích thước nhỏ có thể thực hiện ủ mà không cần phải qua công đoạn nghiền

- Độ xốp:

Là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ Độ xốp tối ưu sẽ thay đổi tùy theo loại vật liệu chế biến phân Thông thường, độ xốp cho quá trình chế biến diễn ra tốt khoảng 35-60%, tối ưu là 32-36% [2]

Độ xốp của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho

sự trao đổi chất, hô hấp của các VSV hiếu khí và sự oxy hóa các phân tử hữu cơ hiện diện trong các vật liệu ủ Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy nên hạn chế sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn tới nhiệt

độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt

Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệ trộn hợp

lý

20

- Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ compost: Kích thước và hình dạng của các đống ủ có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy Chúng ta có thể ủ theo luống dài, theo đống ủ tròn hoặc trong các thiết bị ủ

cơ khí

- Thổi khí:

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để VSV sử dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt Nếu khí không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kị khí, gây mùi hôi

Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách: Đảo trộn; Cắm ống tre; Thải chất thải từ tầng lưu chứa trên cao xuống thấp; Thổi khí

Cấp khí bằng cách đảo trộn: Quá trình đảo trộn cung cấp khí không đủ theo cân bằng tỉ lượng Điều kiện hiếu khí chỉ thỏa mãn đối với lớp trên cùng, các lớp bên trong hoạt động trong môi trường tùy tiện hoặc kị khí Do đó, tốc độ phân hủy giảm và thời gian cần thiết để quá trình ủ phân hoàn tất bị kéo dài

Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân hủy cao nhất Tuy nhiên, lưu lượng khí phải được khống chế thích hợp Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đến chi phí cao

và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an toàn vì có thể chứa VSV gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối ủ > 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ thất thoát nitơ dưới dạng NH3 Trái lại, nếu thổi khí quá ít, môi trường bên trong khối ủ trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho quá trình ủ compost thường trong khoảng 5-10m3 khí/tấn nguyên liệu/giờ

 Các yếu tố hóa sinh:

- Tỷ lệ C/N: Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do VSV, trong

đó C và N là cần thiết nhất, tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất; Photpho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp; Lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào

- Oxy:

21

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân rác Khi VSV oxy hóa carbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2 được sinh ra Khi không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi như mùi trứng gà thối của khí H2S

Các VSV hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5% Nồng độ oxy lớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân hiếu khí [2]

- Dinh dưỡng: Cung cấp P, K và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu là cần thiết cho sự chuyển hóa của VSV Thông thường, các chất dinh dưỡng này không có giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu cho quá trình ủ compost

- pH: Giá trị pH trong khoảng 5,5-8,5 là tối ưu cho các VSV trong quá trình ủ compost Các VSV, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ compost, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và VSV, kìm hãm sự phân hủy lignin và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của VSV

- VSV:

Chế biến compost là một quá trình phức tạp gồm nhiều loại VSV khác nhau VSV trong

quá trình chế biến compost bao gồm: Actinomycetes và vi khuẩn Những loại VSV này

có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm VSV từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn

Hiện nay có nhiều chủng VSV đã được các nhà khoa học nghiên cứu, phân lập dùng để phân giải các chất hữu cơ một cách hiệu quả Chúng phân giải các chất để phân hủy như tinh bột đến các chất khó phân hủy như Lignin và cellulose

- Chất hữu cơ: Vận tốc phân hủy dao động tùy theo thành phần, kích thước, tinh chất của chất hữu cơ Chất hữu cơ hòa tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hòa tan Lignin và cellulose là những chất phân hủy chậm

Tăng thời gian lưu trữ, điều chỉnh %

độ ẩm phân compost, đảm bảo phân compost được trộn đều

t0 > 600C: Trong một thời gian dài sẽ làm giảm hoạt tính sinh học của VSV có lợi

Tăng thời gian và tần suất đảo trộn hoặc phun nước làm ẩm

Độ ẩm

Độ ẩm < 50%: Hoạt tính sinh học sẽ giảm do môi trường sống của VSV

bị thiếu nước, phân trở nên khô

Phun nước làm ẩm

Độ ẩm > 60%: Chất dinh dưỡng bị thất thoát, độ xốp giảm, sinh mùi, phân hủy chậm

Tăng thời gian và tần suất đảo trộn, che chắn đống ủ khi trời mưa

C/N > 50: Hàm lượng C cao hơn N, thiếu N cho sự phát triển tối ưu của quần thể VSV, tốc độ phân hủy chậm

Bổ sung thêm bùn hoặc thay thế bằng các vật liệu có hàm lượng N cao như rác hữu cơ, phân động vật

pH

pH < 6: Môi trường trong đống ủ mang tính acid, làm ức chế sự phát triển của VSV, làm chậm quá trình phân hủy phân compost

Bổ sung vôi vào nhiên liệu

pH > 9: Đẩy nhanh quá trình chuyển hóa N, N trong đống ủ thất thoát dưới dạng NH3 và sinh ra mùi

Rất khó xảy ra, nếu có thì trung hòa bằng dung dịch acid loãng vào đống

ủ

23

- Chất lượng compost:

Chất lượng compost được đánh giá dựa vào các yếu tố có lợi nhất cho cây trồng trong

đó một số yếu tố cơ bản để đánh giá chất lượng compost đó là:

+ Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóa học, thuốc trừ sâu )

+ Nồng độ các chất dinh dưỡng (đa lượng N, P, K; trung lượng Ca, Mg, S; vi lượng Fe,

Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo )

+ Mật độ VSV gây bệnh (ở mức thấp và không ảnh hưởng tới cây trồng)

+ Độ ổn định (độ chín, hoai) và hàm lượng chất hữu cơ

Để đánh giá chất lượng compost có thể dựa vào một số tiêu chuẩn đã ban hành Ví dụ tiêu chuẩn phân hữu cơ vi sinh:

 Tiêu chuẩn 10TCN 525-2002 – Phân hữu cơ vi sinh từ bả bùn mía

Tiêu chuẩn này áp dụng cho phân hữu cơ VSV sản xuất chủ yếu từ bã bùn mía có bổ sung một số nguyên liệu hữu cơ khác, chứa các VSV hữu hiệu (cố định nitơ, phân giải hợp chất phospho khó tan)

 Tiêu chuẩn 10TCN 526-2002 Phân hữu cơ vi sinh từ rác thải sinh hoạt

Phân hữu cơ vi sinh từ rác thải sinh hoạt là sản phẩm được sản xuất từ rác thải sinh hoạt (trừ các chất rắn khó phân hủy như nilon, vữa, xỉ than ) chứa một hoặc nhiều chủng VSV sống được tuyển chọn đạt tiêu chuẩn đã ban hành, nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng nông sản Phân hữu cơ vi sinh từ rác thải sinh hoạt không gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, động vật, thực vật, môi trường sống và chất lượng nông sản

1.1.3.3 Lợi ích và hạn chế của compost

+ Lợi ích: Việc sản xuất phân compost từ các chế phẩm nông nghiệp, từ rác thải được

ứng dụng khá nhiều, mang lại nhiều lợi ích cho kinh tế và môi trường

Về mặt kinh tế:

Song song với những lợi ích về mặt môi trường, người dân thu lợi từ việc giảm giá thành sản xuất từ việc sử dụng phân compost ít tốn kém, có thể nâng cao giá thành thông qua quá trình sản xuất sạch

Phân compost cung cấp thức ăn và kích thích sự tăng trưởng của các VSV hữu ích, trùng đất Ức chế 1 số bệnh của cây trồng Các gene kháng bệnh được sản xuất từ compost Bên cạnh đó, cải thiện lý tính, đặc tính hóa học của đất, làm độ mùn trong đất tăng, giúp cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt

+ Hạn chế:

Hiện nay, các công trình nghiên cứu về sản xuất phân compost trong điều kiện của Việt Nam còn hạn chế nên chưa đánh giá được hết tính hiệu quả, khả năng ứng dụng sản xuất compost và đưa vào sử dụng nên thực tế hiện nay nhiều nhà máy đã đầu tư để sản xuất compost nhưng mang hiệu quả không cao do nhiều nguyên nhân khác nhau Các nhà máy này chủ yếu là xử lý compost từ rác thải sinh hoạt mà chưa được phân loại tại nguồn, chưa tách riêng được các chất có khả năng làm compost nên chi phí phân loại tốn kém, chất lượng compost sản xuất ra chưa cao, do chưa nghiên cứu và phân lập các chủng VSV thích hợp cho từng nguồn nguyên liệu

Hơn nữa, nguồn phân hóa học cho hiệu quả tức thời đối với cây trồng nên người dân ít

sử dụng compost Bên cạnh đó, công tác tuyên truyền việc sử dụng compost gắn với các hoạt động môi trường chưa phát huy tốt nên cộng đồng chưa thấy vai trò ý nghĩa của việc sử dụng compost phục vụ cho sản xuất nông nghiệp