Đồ án thiết kế nhà máy sản xuất phân vi sinh từ rác thải sinh hoạt năng suất 5 tấn giờ

Với những thành quả và hiệu quả của việc áp dụng công nghệ xử lý rác ở nhiều thành phố trong cả nước, hy vọng Đà Nẵng chúng ta sẽ có nhiều cải tiến, áp dụng hiệu quả và thành công nhất c

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Ngọ

Lớp: 08SH

I TÊN ĐỀ TÀI:

Thiết kế nhà máy sản xuất phân vi sinh từ rác thải sinh hoạt năng suất 5 tấn/giờ

II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:

- Nguyên liệu: Rác thải sinh hoạt thành phố Đà Nẵng

- Chế phẩm EM và hỗn hợp men vi sinh phân hủy:

+ Lượng EM sử dụng 2lit/1 tấn rác thải

+ Men vi sinh thêm vào 1,5% so với tổng lượng rác thải

III NỘI DUNG CỦA ĐỒ ÁN:

- Tổng quan tài liệu

- Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ

- Tính cân bằng vật chất

- Tính và chọn thiết bị

- Tài liệu tham khảo

Các bản vẽ: bản vẽ dây chuyền công nghệ; bản vẽ mặt bằng và mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (Ao)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về rác thải sinh hoạt 3

1.1.1 Tình hình ô nhiễm rác thải trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình ô nhiễm rác thải ở Việt Nam 4

1.1.3 Nguồn gốc, đặc điểm, thành phần, tính chất của rác thải sinh hoạt 4

1.1.3.1 Nguồn gốc 4

1.1.3.2 Đặc điểm 5

1.1.3.3 Thành phần và một số tính chất của rác thải sinh hoạt 5

1.1.4 Các phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt thường gặp 7

1.1.4.1 Phương pháp đổ rác thành đống ngoài trời 7

1.1.4.2.Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh (Landfill) 7

1.1.4.3 Phương pháp đốt 8

1.1.4.4 Phương pháp ủ sinh học 9

1.2 Vi sinh vật và các quá trình chuyển hóa trong rác thải sinh hoạt 15

1.2.1 Vi sinh vật chuyển hóa cacbon 15

1.2.1.1 Quá trình tổng hợp carbon hữu cơ nhờ vi sinh vật 15

1.2.1.2 Quá trình phân giải carbon hữu cơ nhờ vi sinh vật 15

1.2.2 Vi sinh vật chuyển hóa nitơ 18

1.2.3 Các quá trình khác 19

1.3 Tổng quan về phân vi sinh 19

1.3.1 Ưu điểm của phân hữu cơ vi sinh 20

1.3.2 Nguyên liệu sản xuất 20

1.3.2.2 Chế phẩm EM và men vi sinh 20

1.3.2.3 Nguyên liệu sản xuất khác 21

CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN 22

2.1 Dây chuyền công nghệ 22

2.1.1 Đặc điểm dây chuyền công nghệ 22

2.1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 23

2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 25

2.2.1 Phun chế phẩm EM 25

2.2.2 Phân loại sơ bộ 25

2.2.3 Xé bao, làm tơi 25

2.2.4 Phân loại bằng sức gió 26

2.2.5 Sàng lồng tách đất, cát và mùn vụn hữu cơ 26

2.2.6 Tách tuyển bằng tay 26

2.2.7 Tách tuyển từ tính 27

2.2.8 Băm, cắt nhỏ hỗn hợp hữu cơ 27

2.2.9 Phân loại bằng sức gió lần 2 27

2.2.10 Nhân giống 27

2.2.11 Phối trộn với men vi sinh 28

2.2.12 Ủ 28

2.2.13 Đánh tơi mùn 32

2.2.14 Sàng tách tuyển mùn thô 32

2.2.15 Phối trộn với phân ure, phân superphotphat, phân kali, men vi sinh cố định đạm và phân giải lân 33

2.2.17 Sấy 33

2.2.18 Đóng bao 33

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 34

3.1 Các số liệu ban đầu 34

- Năng suất ban đầu: 5 tấn rác/giờ 34

3.2 Kế hoạch sản xuất của nhà máy 34

3.3 Tính cân bằng vật chất 35

3.3.1 Tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn 35

3.3.2 Tính cân bằng vật chất 38

3.3.2.1 Công đoạn phân loại sơ bộ rác thải sinh hoạt 38

3.3.2.2 Công đoạn làm sạch chất thải hữu cơ 40

3.3.2.3 Công đoạn phối trộn và ủ tạo mùn hữu cơ 41

3.3.2.4 Công đoạn xử lý mùn và sản xuất phân 42

3.3.2.5 Tính lượng chế phẩm EM và lượng men vi sinh cần sử dụng 44

CHƯƠNG 4 : TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 47

4.1 Các thiết bị chính 47

4.1.1 Phễu cấp liệu 47

4.1.2 Thiết bị xé bao và làm tơi 48

4.1.3 Thiết bị phân loại bằng sức gió 48

4.1.4 Sàng lồng 1 (tách đất, cát) 49

4.1.4.1 Xác định số vòng quay của sàng 49

4.1.4.2 Xác định chiều dài sàng lồng 50

4.1.4.3 Năng suất sàng lồng 50

4.1.4.5 Xác định công suất động cơ 52

4.1.4.6 Tổng kết tính toán sàng lồng 54

4.1.5 Máy tách tuyển từ tính 54

4.1.6 Sàng rung 55

4.1.7 Thiết bị làm nhỏ rác 56

4.1.8 Máy phối trộn men 57

4.1.9 Phễu cấp mùn 58

4.1.10 Thiết bị làm tơi rác (mùn) 58

4.1.11 Máy trộn N, P, K và các chế phẩm men vi sinh 59

4.1.12 Thiết bị tạo hạt 60

4.1.13 Thiết bị sấy 61

4.1.14 Máy đóng bao 62

4.2.Nhà phân loại 63

4.3 Nhà ủ 63

4.3.1 Nhà ủ sơ bộ 63

4.3.2 Nhà ủ chín 64

4.4 Thiết bị nhân giống và lên men 65

4.4.1 Thiết bị nhân giống 65

4.4.1.1 Lượng men giống, môi trường 65

4.4.1.2 Thiết bị nhân giống 66

4.4.2 Tank chứa men vi sinh sau nhân giống cấp I, II 68

4.4.3 Tank chứa chế phẩm EM 70

4.5 Các thiết bị khác 71

4.5.2 Xe vận chuyển thành phẩm vào kho 72 4.5.3 Bơm 72 5.6 Băng tải 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ở nước ta những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên trầm trọng và phổ biến, đặc biệt là tại các đô thị lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Bình Dương…Và hiện tượng rác thải bị ứ đọng ở một số thành phố

và các địa phương khác đã trở thành vấn đề đáng báo động Hầu như tất cả các bãi chôn lấp rác của các thành phố nước ta đều đang ở trong tình trạng quá tải Với các nước công nghiệp phát triển như Pháp, Nhật, Mỹ, Đức, Hà Lan… việc xử lý rác chủ yếu sử dụng phương pháp thiêu huỷ bằng công nghệ cao, hoặc đem đi chôn lấp Trong khi đó, nước ta vẫn phổ biến cách thiêu trực tiếp hoặc chôn lấp lộ thiên Những cách làm này không những không giải quyết được lượng rác tồn đọng, mà còn gây ảnh hưởng xấu tới môi trường

Đứng trước thực trạng về tình hình ô nhiễm rác thải sinh hoạt đang nhức nhối, nước ta cũng đã có nhiều biện pháp xử lý, sử dụng nhiều phương pháp như chôn lấp, đốt rác và sản xuất phân bón hữu cơ từ rác v.v mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và chỉ phù hợp với từng đối tượng rác Thêm nữa các công nghệ xử lý rác

từ trước, chủ yếu là công nghệ nhập ngoại, rất đắt tiền và chưa phù hợp với rác thải Việt Nam chưa qua phân loại Yêu cầu thực tế cần có công nghệ vừa đảm bảo hiệu quả xử lý vừa phù hợp với điều kiện kinh tế trong nước và biến nguồn hữu cơ này thành phân bón phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững

Gần đây đã xuất hiện công nghệ nội với đầu tư thấp để xây nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt (Nhà máy rác Thủy Phương, Thừa Thiên Huế), công nghệ phân hữu cơ

vi sinh đa chủng POLYFA (Bình Định)… Đấy là ví dụ cho vai trò của công nghệ nội đối với việc giảm thiểu ô nhiễm chất thải rắn

Tại Đà Nẵng, tình hình ô nhiễm môi trường do rác thải sinh hoạt cũng đang là vấn đề cấp bách cần được giải quyết Bãi rác Khánh Sơn đã quá tải, chính quyền thành phố cũng đã tạm thời giải quyết bằng một bãi chôn lấp mới nằm ngay gần đó để kéo dài thời gian sử dụng của bãi chôn lấp này lên vài chục năm nữa Như vậy, với thực trạng xử lý rác thải sinh hoạt ở Đà Nẵng như hiện nay thì việc áp dụng biện pháp

xử lý vừa hiệu quả vừa đem lại lợi ích kinh tế là một hướng đi đúng đắn nhất Sản xuất phân vi sinh từ rác thải sinh hoạt phục vụ cho nông nghiệp sạch Với những thành quả và hiệu quả của việc áp dụng công nghệ xử lý rác ở nhiều thành phố trong

cả nước, hy vọng Đà Nẵng chúng ta sẽ có nhiều cải tiến, áp dụng hiệu quả và thành công nhất các công nghệ nội trong việc xử lý rác thải sinh hoạt thành phố

“Thiết kế nhà máy sản xuất phân vi sinh từ rác thải sinh hoạt, năng suất 5 tấn/giờ” là đề tài đồ án của em Đây không phải là một đề tài mới vì đã có nhiều nơi

trong cả nước áp dụng phương pháp này, nhưng là một đề tài có tính thực tiễn cao, bên cạnh việc giải quyết vấn đề bức bách là ô nhiễm môi trường đang rất cần ý thức trách nhiệm của người dân và của toàn xã hội, nó còn tạo ra sản phẩm phục vụ cho nông nghiệp sạch Phân bón vi sinh có ưu điểm là không gây tổn hại cho môi trường,

là loại phân bón chứa nhiều VSV có lợi cho môi trường, giúp cây hấp thu chất dinh dưỡng tốt hơn và có tác dụng cải tạo đất rất tốt Phân vi sinh sẽ thay thế dần cho phân bón hoá học, thích hợp cho phát triển nông nghiệp bền vững

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về rác thải sinh hoạt

1.1.1 Tình hình ô nhiễm rác thải trên thế giới

Trong vài thập kỷ vừa qua, do sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, cùng với sự bùng nổ dân số, nhu cầu sinh hoạt ngày càng cao, vì vậy lượng các chất thải do con người thải ra càng nhiều và đa dạng về thành phần

Đối với các thành phố và đô thị, ngoài những vấn đề về nhà ở, ô nhiễm do nước thải,…, chất thải rắn mà đặc biệt là rác thải sinh hoạt là vấn đề đáng quan tâm không chỉ đối với các nhà lãnh đạo, quản lý, quy hoạch, mà còn gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe cộng đồng, đến mỹ quan thành phố Thực tế, chất thải gây ô nhiễm môi trường

đã không được quản lý chặt chẽ, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển Nếu tính bình quân mỗi người một ngày đưa vào môi trường 0,5kg chất thải thì mỗi ngày trên thế giới hơn 6 tỷ người sẽ thải vào môi trường hơn 3 triệu tấn rác và mỗi năm sẽ thải trên 1 tỷ tấn rác thải

Nếu các số liệu trên đổi thành đơn vị tấn chất thải rắn được thu gom mỗi năm trên đầu người, thì tại các khu đô thị ở Hoa Kỳ có đến hơn 700 kg chất thải và gần 150 kg

ở Ấn Độ Tỷ lệ phát sinh chất thải đô thị cao, đứng đầu là Hoa Kỳ, tiếp sau là Tây Âu

và Úc (600-700 kg/người), sau đó đến Nhật Bản, Hàn Quốc và Đông Âu 400kg/người) Một số thành phố lớn trong khu vực châu Á: Băng cốc 1,6 kg/người, Singapo 2kg/người, Hồng Kông 2,2 kg/người

Hiện nay, chất thải được tái chế bằng nhiều cách vừa biến thành năng lượng lẫn thu hồi nguyên liệu

Với một lượng rác khổng lồ như vậy, việc xử lý chất thải sinh hoạt đã trở thành một ngành công nghiệp thu hút nhiều công ty lớn Tuy nhiên các bãi rác tập trung vẫn tồn tại và ngày càng có xu hướng gia tăng Điều này do nhiều nguyên nhân, từ thiếu vốn đầu tư, thiếu thiết bị đến thiếu kiến thức về chuyên môn, không nhận thức đầy đủ

về tầm quan trọng trong việc quản lý rác Rác có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đất, nước, không khí.[1]

1.1.2 Tình hình ô nhiễm rác thải ở Việt Nam

Việt Nam với trên 85 triệu người đã thải ra mỗi năm hơn 17 triệu tấn rác Trong đó rác sinh hoạt đô thị và nông thôn chiếm khoảng 13,8 triệu tấn; rác thải công nghiệp khoảng 2,7 triệu tấn; lượng rác thải y tế khoảng 2,1 vạn tấn, lượng rác thải độc hại trong công nghiệp là 13 vạn tấn và rác thải trong nông nghiệp (kể cả hóa chất khoảng 4,5 vạn tấn)…Dự kiến đến năm 2010, lượng rác thải hàng năm sẽ lên tới 23 triệu tấn

và đương nhiên tỉ lệ rác độc hại sẽ tăng lên Với khối lượng rác thải ngày càng gia tăng cùng với các giải pháp xử lý chưa khả thi nên ô nhiễm rác thải sinh hoạt đang diễn ra hằng ngày, hằng giờ Theo thống kê hiện nay trên cả nước có 91 bãi rác lớn, chỉ có 17 bãi hợp vệ sinh, chiếm chưa tới 19% Trong khi đó có 49 bãi rác (chiếm gần 54%) đang gây ô nhiễm nghiêm trọng Các bãi rác chôn lấp không hợp vệ sinh và các bãi rác lộ thiên gây ra ô nhiễm nước ngầm và nước mặt do nước rác không được xử

lý, các chất ô nhiễm không khí, tạo ra nhiều mùi hôi thối hoặc các loại côn trùng, ruồi muỗi, chuột, bọ, gây ảnh hưởng rất lớn đến người dân đặc biệt là những người dân sống cạnh bãi rác Nguyên nhân gây tình trạng ô nhiễm rác thải sinh hoạt hiện nay xuất phát từ thực trạng quản lý môi trường và ý thức của người dân Để giải quyết vấn

đề này một cách triệt để cần có sự kết hợp chặt chẽ giữa các nhà quản lý, nhà khoa học và người dân nhằm tìm ra giải pháp hợp lý trong việc giảm thiểu, tái sử dụng và quay vòng rác thải đô thị.[1]

1.1.3 Nguồn gốc, đặc điểm, thành phần, tính chất của rác thải sinh hoạt

1.1.3.1 Nguồn gốc

Rác thải sinh hoạt được tạo ra trong hoạt động sống của con người, chủ yếu từ các

hộ gia đình, các khu dân cư, các cơ quan, trường học, các trung tâm, dịch vụ, thương mại Rác thải bao gồm các thành phần như: Kim loại, sành sứ, thuỷ tinh, đất đá, nhựa,

ni lông, các thực phẩm dư thừa, quá hạn sử dụng, xương động vật, tre, gỗ, giấy, rơm

rạ, xác động vật, vỏ rau quả, có thể phân ra các nguồn phát sinh chất thải sau:

+ Chất thải thực phẩm bao gồm các thức ăn thừa, rau quả, Các loại này có bản chất dể phân huỷ sinh học, quá trình phân huỷ tạo ra mùi khó chịu, đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng ẩm

+ Chất thải trực tiếp của động vật: Phân, da, lông

+ Chất thải lỏng chủ yếu là bùn ga, cống rãnh, là chất thải từ khu sinh họat của dân

cư

+ Tro và các chất dư thừa thải bỏ khác như: Các loại vật liệu sau khi đốt cháy, các sản phẩm sau khi đun nấu bằng than, củi và các chất dể cháy khác trong gia đình, các

cơ quan, nhà máy, xí nghiệp, các loại xỉ than

+ Các chất thải từ đường phố có thành phần chủ yếu là lá cây, ni lông, thuỷ tinh, bao, [1]

1.1.3.2 Đặc điểm

Chất thải sinh hoạt thường có đặc điểm là không đồng nhất, chúng bao gồm cả những chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất hữu cơ khó phân hủy và cả các chất vô cơ Đặc điểm này gây khó khăn rất lớn cho các quá trình xử lý sau này [3, trang 76]

Nhìn chung rác thải sinh hoạt của nước ta có những đặc điểm cơ bản sau:

- Rác thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ rất lớn khoảng 80% tổng các loại rác thải (13,8 triệu tấn), trong đó các loại chất thải từ nguồn thực vật chiếm số lượng nhiều hơn cả

- Chất thải hữu cơ từ rác thải sinh hoạt có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật nên chúng có hàm lượng nước rất cao, kết hợp với các chất dinh dưỡng và vi sinh vật có sẵn trong chất thải gây nên hiện tượng thối rữa nhanh làm ô nhiễm đất, nước và không khí nghiêm trọng

- Rác thải sinh hoạt ở Việt Nam chưa được phân loại tại nguồn Do đó, rất khó khăn trong việc xử lý chúng.[1]

1.1.3.3 Thành phần và một số tính chất của rác thải sinh hoạt

Do không được phân loại tại nguồn nên thành phần các loại chất thải trong rác thải sinh hoạt rất đa dạng và phức tạp Trong đó tỷ lệ rác thải hữu cơ dễ phân hủy chiếm tỷ

lệ lớn từ 55-75% Thành phần cụ thể được thống kê trong bảng sau:

* Bảng 1.1 Thành phần rác thải sinh hoạt của thành phố Đà Nẵng [1]

trọng lượng tươi (%)

2 Thức ăn thừa, phế thải chế biến thức ăn 0,4

1.1.4 Các phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt thường gặp

1.1.4.1 Phương pháp đổ rác thành đống ngoài trời

Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất, rác được thu gom vận chuyển đến địa điểm xác định để xử lý Tại đó người ta đổ rác thành từng đống có kích thước khác nhau Lớp rác này đổ chồng lên lớp rác khác tạo nên sự hỗn độn không theo một qui luật nào [1, trang 97]

1.1.4.2.Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh (Landfill)

Đây là phương pháp chôn lấp rác vào các hố đào có tính toán về dung lượng, có gia cố cẩn thận để kiểm soát khí thải và kiểm soát lượng nước rò rỉ Nền tảng của phương pháp này là tạo môi trường yếm khí để vi sinh vật tham gia phân huỷ các thành phần hữu cơ có trong rác thải, có kiểm soát hiện tượng ô nhiễm nước, đất và không khí

Các bước tiến hành xử lý:

- Phân loại chất thải xử lý theo phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh

- Lựa chọn địa điểm chôn lấp

- Lựa chọn qui mô bãi chôn lấp

- Phân loại bãi chôn lấp

- Thiết kế bãi chôn lấp

- Quản lý và xử lý nước rò rỉ tại bãi chôn lấp

* Ưu điểm

Phương pháp này có ưu điểm là kiểm soát được hiện tượng ô nhiễm môi trường

* Nhược điểm

- Chi phí đầu tư xây dựng cao

- Tốn diện tích để chứa rác

- Thời gian phân hủy rác thải lâu, kể cả phương pháp landfill mặc dù có bổ sung vi sinh vật

- Đối với chôn lấp lộ thiên, phần bề mặt không được phủ kín, nên từ bãi rác thoát

ra các loại khí như NH4, CO2, H2S, NH3, indol và nhiều khí khác gây mùi khó chịu, ô nhiễm không khí trầm trọng ở khu vực xung quanh

- Phương pháp chôn lấp đơn giản, nước mưa thấm vào bãi rác tạo ra lượng nước

rò rỉ rất lớn, rửa trôi các chất dễ phân hủy gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng

- Rác chôn lấp chưa được phân loại, chứa rất nhiều các chất khó phân hủy, các chất độc hại có sẵn trong rác và các chất độc phát sinh trong quá trình ủ tạo ra mối nguy hiểm rất lớn cho môi trường đất

- Bãi rác chứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh, do chôn lấp lộ thiên các tác nhân gây bệnh này sẽ tác động trực tiếp tới sức khỏe của những người sống gần khu vực bãi rác

- Với phương pháp landfill, chi phí cho lớp lót, hệ thống thu và xử lý khí, nước rác

- Tiêu diệt được mầm bệnh, loại bỏ được các chất độc hại trong chất thải

- Hạn chế được vấn đề ô nhiễm liên quan đến nước rác

- Cho phép xử lý nhiều loại rác

- Tiết kiệm được diện tích đất cho chôn lấp

* Nhược điểm

- Chi phí vận hành và bảo trì thiết bị rất cao

- Gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng, khó kiểm soát lượng khí thải chứa dioxin, gây hiệu ứng nhà kính và các bệnh đường hô hấp

- Tốn nhiều nguyên liệu đốt

Phương pháp này chỉ thích hợp với rác thải công nghiệp, rác thải y tế Không thích hợp cho xử lý rác thải sinh hoạt có hàm lượng rác hữu cơ cao như ở Việt Nam.[10]

1.1.4.4 Phương pháp ủ sinh học (Composting method)

* Bản chất phương pháp

Phương pháp ủ chất thải hữu cơ là quá trình phân giải một loạt các chất hữu cơ có trong chất thải sinh hoạt, bùn cặn, phân gia súc,… dưới tác dụng của tập đoàn vi sinh vật bản địa và vi sinh vật bổ sung vào Quá trình ủ được thực hiện trong cả điều kiện hiếu khí và kị khí

* Mục đích phương pháp

Phương pháp ủ chất hữu cơ có những mục đích sau:

+ Ổn định chất thải: Các quá trình sinh học xảy ra khi ủ chất thải hữu cơ sẽ chuyển hoá các chất thải hữu cơ dễ phân huỷ thành các chất ổn định

+ Tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh: Do trong quá trình ủ, nhiệt độ tăng cao (có thể lên tới 80oC, trung bình khoảng 55-60 oC) nên các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt sau 4-5 ngày ủ

+ Làm cho chất hữu cơ có giá trị phân bón cao: Phần lớn các chất dinh dưỡng như

N, P, K có trong thành phần các chất hữu cơ, khi bón cho cây thì cây không thể hấp thụ được, sau khi ủ thì các chất này sẽ chuyển sang vô cơ như NO3-, PO43- dễ dàng cho cây hấp thụ

+ Làm tơi xốp đất: Sau khi ủ chất hữu cơ trở thành dạng mùn, tơi xốp giúp cây dễ hấp thụ.[1, tr 106-107]

* Các vi sinh vật trong quá trình ủ

Theo bài đăng trên website:

http://www.agroviet.gov.vn/engine.asp?page=1&tu=ch%E1%BA%BF

Các vi sinh vật chính trong quá trình ủ bao gồm:

- Vi khẩn

Vi khuẩn đóng vai trò chính trong quá trình phân huỷ và cũng là nguồn phát sinh nhiệt Hầu hết chúng có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau và sử dụng hệ enzyme để phân huỷ hoá học nhiều loại hợp chất hữu cơ khác nhau

Vi khuẩn là các vi sinh vật đơn bào, chúng có dạng hình que, hình cầu và hình xoắn,

có một số loài vi khuẩn di động Ở thời gian đầu của quá trình ủ (25-40oC) các loài vi khuẩn không ưa nhiệt chiếm ưu thế và vài loài được tìm thấy ở vùng bề mặt các tầng đất mặt

Khi nhiệt độ khối ủ tăng lên trên 40oC vi khuẩn ưa nhiệt tiếp tục phát triển Giống

Bacillus chiếm ưu thế trội hơn hẳn và là giống có số lượng nhiều nhất Bacillus chiếm

ưu thế khi ở nhiệt độ 50-55oC nhưng lại bị suy giảm khi nhiệt độ trên 60oC Khi điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, vi khuẩn hình thành bào tử, với thành bào tử dày thì chúng có thể chống chịu được với điều kiện tự nhiên khắc nghiệt như nhiệt độ quá cao, quá thấp, thiếu thức ăn, khô hạn Chúng có mặt khắp nơi trong tự nhiên và sẽ sinh trưởng, phát triển khi môi trường tự nhiên thuận lợi

Khi nhiệt độ giảm các vi sinh vật ôn hoà lại phát triển và chiếm ưu thế

Các loài vi khuẩn thường gặp là: Bacillus, Pseudomonas, Clostridium,…

- Xạ khuẩn

Hình 1.1 Hình dạng xạ khuẩn

Xạ khuẩn giống nấm nhưng chúng phát triển ở dạng khuẩn ty, khi phát triển tạo thành dạng sợi nấm Chúng có hình dạng tua, đâm nhánh, trông giống như mạng nhện giăng ra Những sợi xạ khuẩn nhỏ xuất hiện ở giai đoạn cuối của quá trình ủ, dài

khoảng từ 10-15cm ở bên ngoài của đống ủ Trong quá trình ủ tạo mùn chúng đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ các hợp chất hữu cơ phức tạp như lignin, cellulose, chitin, protein để tạo mùn Hệ enzyme của chúng có thể phân huỷ hoá học các hợp chất bền như than gỗ, vỏ cây, giấy báo Một vài loài xuất hiện ở nhiệt độ cao và một vài loài xuất hiện ở pha nhiệt độ thấp

Vài loài xạ khuẩn thường gặp trong quá trình ủ: Actinobifida, Actinomyces,

Streptomyces, Nocardia, Pseudonocardia…

- Nấm

Nấm bao gồm nấm mốc và nấm men, chúng có nhiệm vụ phân huỷ các hợp chất polymer trong đất và phân ủ Đối với quá trình ủ chúng đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ nhiều hợp chất phức tạp thành các hợp chất đơn giản hơn, dễ phân huỷ Nấm phân huỷ các chất còn lại ở điều kiện quá khô, môi trường axít và Nitơ thấp mà vi khuẩn không thể phân huỷ Nấm phát triển trên lớp ngoài của hố ủ khi nhiệt độ cao, có dạng sợi trắng bao phủ phía ngoài, là loài duy nhất phát triển trong nhiệt độ ôn hoà và nhiệt độ cao

Hình 1.2 Hình dạng nấm

Một vài loài nấm thường gặp khi ủ: Mucor, Aspergillus, Torula, Talaromyces,

Coprinus…

- Sinh vật đơn bào

Sinh vật đơn bào là động vật rất nhỏ, chúng được tìm thấy ở các giọt nước trong phân ủ, đóng vai trò thứ yếu trong quá trình phân huỷ Sinh vật đơn bào lấy thức ăn từ các hợp chất hữu cơ tương tự như vi khuẩn và nấm

Tóm lại, tùy thuộc vào những khoảng nhiệt độ khác nhau trong quá trình ủ compost sự xuất hiện của các loài VSV cũng thay đổi phù hợp với bản chất của quá trình trao đổi chất ở VSV và được biểu diễn ở hình 2.3 [5]

Hình 1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự xuất hiện của VSV trong đống ủ

* Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ

Trong quá trình ủ có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến làm thay đổi đến thời gian ủ, quá trình xảy ra trong khối ủ, chất lượng sản phẩm tạo thành, cụ thể như sau:

- Thành phần nguyên liệu

Thành phần nguyên liệu ảnh hưởng đến quá trình ủ như thời gian chất lượng mùn, các khí tạo thành…

Thành phần nguyên liệu được biểu thị qua tỉ lệ C/N C và N là 2 nguyên tố quan trọng trong quá trình ủ, cũng là 2 nguyên tố giới hạn C cung cấp năng lượng và cũng

là nguyên liệu xây dựng tế bào, N cần thiết cho sự tăng trưởng của vi sinh vật, nếu N

bị giới hạn thì quần thể vi sinh vật bị suy giảm và mất một thời gian khá lâu để phân

Không có VSV dị dưỡng nhưng một số enzyme ngoại bào vẫn hoạt động

Nhiệt độ thích hợp cho quá trình phân hủy tạo thành compost

Trên giới hạn phát triển của vi khuẩn ưa nhiệt trung bình

Sự phát triển hỗn tạp của vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh và giun tròn

Dưới giới hạn phát triển của vi khuẩn ưa nhiệt trung bình

huỷ rác Nếu N vượt quá lượng giới hạn thì khối ủ sẽ có mùi khó chịu như NH3 gây ô nhiễm môi trường ủ

Tỉ lệ C/N thích hợp dao động trong khoảng 25:1 đến 40:1, tỉ lệ C/N thích hợp nhất

là 30:1

- Kích thước nguyên liệu

Nếu vật liệu ủ có kích thước lớn sẽ kéo dài thời gian ủ và không giữ ẩm tốt, còn nếu kích thước vật liệu quá nhỏ thì sẽ bít các lỗ khí làm giảm nồng độ O2, tạo quá trình phân giải kị khí Qua nghiên cứu thì kích thước nguyên liệu thích hợp nhất là từ 1,2-5 cm

- Độ ẩm

Độ ẩm ảnh hưởng đến hoạt động sống của vi sinh vật và nồng độ O2 trong khối ủ Nếu độ ẩm cao sẽ làm giảm nồng độ O2 trong hỗn hợp, quá trình phân giải kị khí xảy

ra và tạo mùi khó chịu, kéo dài thời gian phân huỷ

Nếu độ ẩm thấp hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, các chất dinh dưỡng hoà tan thấp và vi sinh vật sẽ tạo bào tử Còn độ ẩm quá cao sẽ rửa trôi chất dinh dưỡng, giảm nhiệt độ khối ủ tạo điều kiện để vi sinh vật gây bệnh phát triển

Độ ẩm thích hợp cho quá trình ủ từ 40-60% Ở giai đoạn đầu độ ẩm khoảng 60% kết thúc quá trình độ ẩm khoảng 40-45%

55 Nhiệt độ

Nhiệt độ rất quan trọng trong quá trình ủ Nếu ủ tốt thì nhiệt độ tăng 40-50oC sau 2-3 ngày Nếu nhiệt độ tăng quá 60oC thì làm giảm sự phân huỷ tạo mùi hôi còn nếu thấp thì quá trình phân huỷ chậm Nhiệt độ thường trong khoảng 55-60oC, với việc kiểm tra nhiệt độ tại những điểm khác nhau của các đống ủ ta sẽ xác định được đồ thị nhiệt độ từ đó có thể kiểm soát được nhiệt độ của quá trình ủ

Nhiệt độ được tạo ra trong quá trình hoạt động sinh hoá học của vi sinh vật Nhiệt

độ tối ưu cho quá trình ủ là 50-55oC, ở mức nhiệt độ này các vi sinh vật gây bệnh được tiêu diệt và tác dụng thúc đẩy quá trình phản ứng sinh hoá

- pH

pH ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật, hầu hết chúng hoạt động tốt ở môi

trường trung tính và môi trường có tính axít yếu Khoảng pH thích hợp cho các vi sinh vật phát triển là: pH = 5,5 – 8,5 Ở giai đoạn đầu của quá trình phân hủy thì các axít được tạo thành làm pH giảm, tạo điều kiện cho sự phát triển của nấm và sự phân huỷ lignin, cellulose Khi quá trình phân huỷ tiếp tục, các acid bị trung hoà và phân trộn

có pH = 6

- Nồng độ O2, CO2

Nồng độ thích hợp của O2 khoảng 15-20% và của CO2 là 0,5-5% Nồng độ oxi thấp sẽ dẫn đến phân giải kị khí tạo mùi hôi, ngược lại nồng độ oxi cao sẽ không bảo đảm độ ẩm thích hợp cho các vi sinh vật kị khí phát triển

* Kiểm soát và đánh giá quá trình ủ

- Kiểm soát quá trình ủ

Quá trình ủ được kiểm soát qua các yếu tố sau:

+ Cân bằng các chất dinh dưỡng: Đảm bảo đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự hoạt động của vi sinh vật như các nguyên tố vi lượng và đa lượng…

+ Độ ẩm: Độ ẩm thích hợp từ 50-60% Như vậy ta phải tiến hành đảo trộn định kỳ và phun ẩm nếu độ ẩm không thích hợp

+ Cung cấp không khí: Có thể cung cấp bằng phương pháp đảo trộn hoặc dùng các máy nén sục khí

+ pH, Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp: 50-55oC, pH thích hợp: Trung tính

- Đánh giá quá trình ủ

Quá trình ủ và điểm kết thúc được đánh giá qua các yếu tố sau:

+ Nhiệt độ giảm đến mức nhiệt độ bình thường, không tăng trở lại

+ Thành phần các chất trong khối ủ: C/N, tro, COD, VS (chất rắn bay hơi) + % lượng nitrat và không có mặt của NH3

+ Không có các loại côn trùng trước và sau sản phẩm ủ

+ Không còn mùi khó chịu

+ Xuất hiện màu trắng hay màu xám trắng của xạ khuẩn [9]

1.2 Vi sinh vật và các quá trình chuyển hóa trong rác thải sinh hoạt

1.2.1 Vi sinh vật chuyển hóa cacbon

Sự chuyển hóa vật chất carbon hữu cơ có trong rác thải sinh hoạt bao gồm cả hai quá trình:

- Quá trình tổng hợp do vi sinh vật

- Quá trình phân giải do vi sinh vật.[1]

1.2.1.1 Quá trình tổng hợp carbon hữu cơ nhờ vi sinh vật

Quá trình này xảy ra không mạnh, nhưng luôn luôn xảy ra với cường độ khác nhau tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể Các vi sinh vật thực hiện quá trình này chủ yếu là

các vi khuẩn quang hợp thuộc bộ Rhodospirillales gồm các họ sau:

- Họ Rhodospirillaceae gồm các chi: Rhodospirillum, Rhodopsrendomonas…

- Họ Chromatiaceae gồm các chi: Chromatium, Thiosarsina, Thiospirillum

- Họ Chlorobium gồm các chi: Chlorobium, Chloropseudomonas

Đặc điểm chung của chúng là tồn tại ở dạng hình cầu, hình que, hình dấu phẩy hay hình xoắn, chúng có kích thước chiều ngang khoảng 0,3-0,6 m Các vi khuẩn trên thường tiến hành quang hợp trong điều kiện yếm khí, CO2 được đồng hóa thông qua chu trình pentose phosphate dạng khử và các phản ứng kết hợp CO2 Phần lớn các vi khuẩn này, ngoài khả năng tổng hợp quang năng còn có khả năng cố định nitơ phân tử nên chúng vừa có khả năng làm giàu chất hữu cơ carbon vừa làm giàu hợp chất nitơ cho rác thải [1, trang 40-42]

1.2.1.2 Quá trình phân giải carbon hữu cơ nhờ vi sinh vật

Bao gồm các quá trình phân giải monosaccharide, oligosaccharide và polysaccharide

- Với monosaccharide, oligosaccharide quá trình phân giải xảy ra cả trong điều

kiện yếm khí và hiếu khí bởi các enzyme của vi sinh vật có sẵn trong những chất thải đó Các loại đường đơn thường bị phân giải rất nhanh

- Với polysaccharide tiêu biểu cho hợp chất hữu cơ chứa carbon từ nguồn thực vật

thì sự phân giải bao gồm:

* Sự phân giải tinh bột Nhiều loại vi sinh vật có khả năng sản sinh hệ enzyme

amylase ngoại bào, phân giải tinh bột thành glucose, maltose và dextrin Một số vi sinh vật tham gia sinh tổng hợp amylase cao và có nhiều ý nghĩa trong phân giải tinh bột:

- Vi sinh vật tổng hợp -amylase: Aspergillus awamorii, Asp oryzae, Asp niger,

Bacillus amyloliquefaciens, Clostridium acetobutylinon

- Vi sinh vật tổng hợp -amylase: Aspergillus awamorii, Asp niger, Asp oryzae,

Saccharomyces cerevisiae, Clostridium acetobutylium

- Vi sinh vật tổng hợp -amylase: Asp awamorii, Asp usamii,

* Sự phân giải cellulose

Trong rác thải sinh hoạt có nguồn gốc thực vật, hàm lượng cellulose chiếm số lượng nhiều nhất Đây cũng là lượng vật chất cần được chuyển hóa lớn nhất khi tiến hành xử lý

Cellulose được phân giải bởi các enzyme trong hệ enzyme cellulase ngoại bào của

vi sinh vật Tham gia vào quá trình phân giải các chất cellulose bao gồm rất nhiều loài

vi sinh vật khác nhau, trong đó có cả các loài thuộc nhóm vi khuẩn, các loài thuộc nhóm xạ khuẩn và các loài thuộc nhóm nấm sợi Các loài thuộc nhóm vi khuẩn thường phát triển trước, khi đó nhiệt độ chưa cao và sự thay đổi pH trong khối ủ chưa mạnh, sau đó là sự phát triển mạnh của các loài thuộc nhóm nấm sợi và sau cùng là nhóm xạ khuẩn Khi nhiệt độ trong khối ủ tăng lên thì chỉ có các loài vi khuẩn và xạ khuẩn chịu nhiệt trong khối ủ

Trong điều kiện hiếu khí quá trình phân giải cellulose xảy ra chủ yếu là do các vi

khuẩn Bacillus sp Trong điều kiện yếm khí, quá trình phân giải chủ yếu là do các vi

- Nấm sợi: Asp fumigatus, Asp niger, Mucor pusillus, Penicillim notatum,

Fusarium moniforme, F solani, Piricularia oryzae, Myrothecium verucarium

- Xạ khuẩn: Streptomyces antibioticus, Str cellulosae, Str celluloflavus, Str

thermodiastaticus, Thermosporafusca, Nocardia cellulans

* Sự phân giải xylan

Xylan là một trong những thành phần quan trọng của thực vật, phân giải xylan có

ý nghĩa quan trọng trong xử lý chất thải hữu cơ Trong thực vật, xylan được xem như chất keo liên kết các sợi cellulose với nhau, việc phá vỡ chất keo này có ý nghĩa rất lớn trong quá trình thủy phân celllulose có trong thực vật

Có nhiều loài vi sinh vật tham gia phân giải xylan, chúng có khả năng tổng hợp enzym xylanase, dưới tác dụng của enzym này xylan được chuyển hóa thành nhiều sản phẩm khác nhau và cuối cùng chuyển hóa thành đường

Những loài vi sinh vật tham gia phân giải xylan:

- Vi khuẩn: Bacillus subtilis, B.xylophagus, B polymyxa,Clostridium sp,

Micromonospora chalcea, Cellvibriofulvus

- Nấm sợi: Aspergillus niger, Asp oryzae, Asp amstelodami, Alternaria kikuchiana,

Chaetonium globosun, Fomes annosus, F igniarus, Fusariummoniliforme, Gibberella sanbenetti, Myrothecium cyclopium…

- Xạ khuẩn: Streptomyces albogriseolus, Streptomyces albus, Streptomyces

xylopplagus, Streptomyces olivaceus

* Sự phân giải pectin

Trong khối ủ chất thải hữu cơ, có các loài vi sinh vật thuộc nhóm nấm sợi và vi khuẩn tham gia phân giải pectin mạnh, do chúng tổng hợp được các enzym pectinase thủy phân pectin, điển hình như:

- Nấm sợi: Aspergilus flavus, Rhizopustritici, Selerotina libetina

- Vi khuẩn: Bacillus polymyxa, Clostridium multifermentans, Erwinia aroideae

* Sự phân giải lignin

Lignin có nhiều trong thực vật, có nhiều loài vi sinh vật tham gia phân giải hợp

chất lignin, trong đó đáng chú ý nhất là các loài: Polysticus versicolor, stereum

hirsutum, pholiota Sp., lenzies Sp., poria Sp., trametes Sp Quá trình phân giải lignin

của những loài vi sinh vật này giúp quá trình phân giải cellulose trong chất thải thực

vật tốt hơn

1.2.2 Vi sinh vật chuyển hóa nitơ

Sự chuyển hoá các hợp chất chứa nitơ trong rác thải bao gồm các quá trình sau:

* Quá trình amôn hóa

Quá trình amôn hóa là quá trình phân giải các chất hợp hữu cơ chứa nitơ Tham gia quá trình này là các vi sinh vật có khả năng tổng hợp protease và những enzyme khử amin Như vậy quá trình amôn hóa protein gồm hai giai đoạn:

- Giai đoạn phân giải protein

- Giai đoạn khử amin

Các loài vi sinh vật tham gia vào quá trình amôn hóa:

- Nấm sợi: Aspergillus.oryzae, Asp flavus, Asp candidus, Mucos pusilus,

Penicillium caseicolum, P notatum, Ryzopus chimesis, Fusarium solani

- Nấm men: Saccharomyces carls bengensis, S cerevisiae, Candide albicans,

Endorycopsis fibuligera, Turolopsis insigeniosa

- Vi khuẩn: Bacillus polymyxa, B cereus, B themoproteplyticus, B subtilis,

Clostridium botulinum, E coli, Proteus vulgaris,Str lactis

- Xạ khuẩn: Streptomyces, Thermonospora fusca, Thermoactinomyces vulgaries

* Quá trình nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa được thực hiện qua hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Giai đoạn nitrit hóa Đây là giai đoạn chuyển hoá NH3, NH4+ NO2-

Vi khuẩn tham gia vào giai đoạn này: Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus,

Nitrosolobus

- Giai đoạn 2: Giai đoạn nitrat hóa Giai đoạn chuyển hoá NO2- NO3

-Vi khuẩn tham gia vào giai đoạn này: Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus

Nhờ hoạt động của của vi khuẩn các chất hữu cơ chứa nitơ được vô cơ hóa tạo ra các chất vô cơ chứa nitơ hòa tan Đây là quá trình có lợi cho việc xử lý rác thải hữu

cơ, cần được thúc đẩy trong quá trình ủ

*Quá trình phản nitrat hóa

( NO3- NO2- NO  N2O  N2 )

Các vi khuẩn tham gia quá trình này như: Thiobacillus denitritficans, Bacillus

licheniformis, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri

Đây là quá trình giải phóng nitơ, không có lợi cho quá trình ủ chất thải, cần hạn chế quá trình này.[2]

- Vi khuẩn tham gia chuyển hóa phospho: Bacillus mycoides, Pseudomonas spp,

Actinomyces spp, Mycobacterium cyaneum, Flavobacterium aurantiacus [2]

1.3 Tổng quan về phân vi sinh

Phân vi sinh là loại phân chứa một hay nhiều loại vi sinh vật sống có khả năng kích thích sự tăng trưởng của cây bằng cách gia tăng sự hấp thu những dưỡng chất cần thiết cho cây

Phân hữu cơ vi sinh do Noble Hilner sản xuất đầu tiên tại Đức năm 1896 và được đặt tên là Nitragin, sau đó phát triển sản xuất tại một số nước như Mỹ (1896), Canada (1905), Nga (1907), Anh (1910) và Thụy Điển (1914)

Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizoliumdo Beijerink phân lập năm 1888 và được Fred đặt tên năm 1889 dùng để bón cho các loại cây thích hợp của

họ đậu

Phân hữu cơ vi sinh có rất nhiều loại, nhiều dạng Tuy nhiên có thể hiểu chung là sản phẩm được chế biến từ việc kết hợp phân hữu cơ với việc chọn lọc, nuôi cấy, đưa vào một hệ vi sinh nào đó có tính năng chuyển hóa được những gì có sẵn trong môi trường đất tự nhiên trở thành những chất dinh dưỡng hữu ích cho cây trồng Như vậy một loại phân hữu cơ vi sinh thường có thành phần cơ bản bao gồm các hợp chất

cacbon hữu cơ có tác dụng cải tạo đất và tạo ra môi trường thuận lợi cho vi sinh vật có trong phân phát triển

1.3.1 Ưu điểm của phân hữu cơ vi sinh

- Sử dụng phân hữu cơ vi sinh sẽ thay thế dần việc bón phân hóa học, giảm tính độc hại do hóa chất gây ra mà vẫn đảm bảonâng cao năng suất thu hoạch

- Sử dụng phân hữu cơ vi sinh về lâu dài sẽ dần dần trả lại độ phì nhiêu cho đất như:Làm tăng lượng nitơ, phospho và kali dễ tan trong đất, cải tạo và giữ độ bền cho đất nhờ khả năng cung cấp hàng loạt các chuyển hoá chất khác nhau liên tục do nhiều quần thể vi sinh vật khác nhau tạo ra

- Giá thành hạ, nông dân dễ chấp nhận, có thể sản xuất được tại địa phương và giải quyết được việc làm cho một số lao động, ngoài ra cũng giảm được một phần chi phí ngoại tệ nhập khẩu phân hóa học.[10]

1.3.2 Nguyên liệu sản xuất

1.3.2.1 Rác thải sinh hoạt

Nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu sản xuất chính từ rác thải sinh hoạt Rác thải sinh hoạt bao gồm nhiều thành phần, trong đó thành phần có ý nghĩa quan trọng, quyết định chất lượng phân vi sinh là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy Dưới tác động của vi sinh vật thì rác hữu cơ được phân giải thành các chất mùn dễ hấp thụ cho cây trồng Do vậy để đảm bảo cho việc sản xuất đạt hiệu quả cao thì chúng ta cần phải phân loại nguồn rác thải trước khi đưa vào sản xuất

1.3.2.2 Chế phẩm EM và men vi sinh

Chế phẩm EM (Effective Microoganisms) được sử dụng trong xử lý rác thải, bao gồm các vi sinh vật có ích, và các chất dinh dưỡng cần thiết cung cấp cho sinh trưởng

và phát triển của vi sinh vật

Sử dụng chế phẩm EM dạng bột, pha thành dung dịch sử dụng cho quá trình khử mùi rác thải

Men vi sinh là dung dịch có chứa các men phân giải lignin và xenlulose hoặc các chất khác có trong nguyên liệu

Các enzym phân giải lignin: Lignin pezoxidaza, mangan pezoxidaza, laccaza, ligninaza

Các enzym phân giải xenlulose: Exoglucanza, endogluanaza, xenlobioza, xenluloza

1.3.2.3 Nguyên liệu sản xuất khác

* Phân kali

Phân kali có dạng viên tròn, màu đỏ, dễ hút ẩm, chảy nước khi tiếp xúc với không khí Phân lân dạng bột có công thức hoá học: K2O hoặc KCl

CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN

2.1 Dây chuyền công nghệ

2.1.1 Đặc điểm dây chuyền công nghệ

Ở các khu vực khác nhau trên thế giới thì đặc điểm, thành phần tính chất của rác thải cũng khác nhau Do vậy công nghệ xử lý chất thải rắn (rác thải sinh hoạt) cũng khác nhau

Trong quản lý xã hội ở các nước phát triển, họ đã có những phương pháp quy hoạch rác thải từng khu vực như: Khu công nghiệp, khu sản xuất nông nghiệp, khu vui chơi, giải trí, khu hành chính sự nghiệp…nên việc quản lý và xử lý rác thải dễ dàng hơn… Ở các nước đang phát triển và kém phát triển, sự phân chia khu vực đó chưa rõ ràng nên toàn bộ chất thải chưa được phân loại Như vậy, ở những nước này, chất thải thường rất phức tạp và có chiều hướng tăng rất nhanh [3 trang 23]

Với những đặc trưng của rác thải đô thị Việt Nam, mà cụ thể là rác thải sinh hoạt ở thành phố Đà Nẵng, ta chọn công nghệ An sinh – ASC cho thiết kế nhà máy này Đặc điểm của công nghệ An Sinh - ASC: [11]

- Mang tính chất một dây chuyền thiết bị đồng bộ từ khâu tiếp nhận rác thải đến công đoạn sản xuất ra sản phẩm cuối cùng

- Phù hợp với điều kiện địa phương

- Giá thành rẻ hơn so với dây chuyền xử lý rác nhập ngoại

- Giảm thiểu chôn lấp: Tỷ lệ chôn lấp không quá 10%

- Phù hợp với xử lý rác thải sinh hoạt tươi của thành phố Đà Nẵng, rác được thu gom chưa có phân loại từ đầu nguồn: Tỷ lệ thu hồi từ 25% đến 30% so với trọng lượng rác tươi, tỷ lệ thu hồi plastic từ 7% đến 10% so với trọng lượng rác tươi

2.1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Sàng rung Kim loại

Vụn hữu cơ Tái chế Máy băm,

cắt nhỏ

Men vi sinh Nhân giống

Phân loại bằng sức gió lần 2

Bãi tập kết rác Phun chế phẩm EM Nạp lên băng chuyền xử lý

Phân loại sơ bộ bằng tay Máy xé bao

Phân loại bằng sức gió lần 1

Sàng lồng 1 Tách tuyển bằng tay

Máy tách tuyển

từ tính Màng mỏng dẻo

Màng mỏng dẻo

Thành phẩm

Tách tuyển mùn hữu cơ

Bã cellulose

Nạp liệu lên băng chuyền

Ủ

Máy đánh tơi

Tạo hạt

Sấy tách ẩm Superphotphat

Đóng bao

Phối trộn

Men vi sinh cố định đạm, phân giải lân

2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Rác thải sinh hoạt từ các khu vực được thu gom vận chuyển tới bãi tập kết (bãi rác Khánh Sơn) để tiến hành xử lý

2.2.1 Phun chế phẩm EM

* Mục đích: Rác thải sinh hoạt sau khi được đưa vào bãi tập kết rác sẽ được phun chế

phẩm EM để khử mùi hôi trước khi đưa rác vào dây chuyền xử lý tiếp theo Đồng thời trong chế phẩm EM chứa hỗn hợp các vi sinh vật (nhóm vi khuẩn quang hợp, nhóm vi khuẩn Lactobacillus, nhóm nấm men (Saccharomyces), nhóm nấm sợi và xạ khuẩn) Chúng sẽ tiến hành phân hủy rác thải sinh hoạt, hỗ trợ cho quá trình xử lý

* Tiến hành: Phunchế phẩm EM dưới dạng sương mù lên rác, giữ trong một khoảng

thời gian nhất định nhằm giảm mùi hôi trong rác thải, giảm một số thông số vật lý, hóa học của các thành phần có trong rác đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trường Tỉ lệ chế phẩm EM sử dụng là 2 lit/1 tấn rác thải Rác sau khi được xử lý chế phẩm EM được nạp lên băng chuyền xử lý tiếp

2.2.2 Phân loại sơ bộ

* Mục đích: Rác thải sinh hoạt chứa nhiều thành phần phức tạp như: Các chất hữu

cơ, vô cơ, các chất có khả năng tái sử dụng gây khó khăn trong quá trình xử lý, tổn thất chi phí và hiệu suất sản xuất phân bón không cao Do vậy phải tiến hành phân loại sơ bộ để tách bớt thành phần các chất phi hữu cơ có kích thước lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn sau

* Tiến hành: Rác tại bãi tập kết được xe xúc lật đưa lên phễu nạp liệu và qua băng

chuyền xử lý Hai bên băng tải có công nhân đứng để phân loại rác bằng tay, nhặt bỏ các loại rác: Lốp cao su, than gỗ, rác y tế…ra khỏi hỗn hợp ban đầu

2.2.3 Xé bao, làm tơi

* Mục đích: Rác thải sinh hoạt được chứa nhiều trong những bao nilon, vì vậy cần

phải qua máy xé bao để giải phóng rác ra khỏi bao nilon và làm tơi, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân loại rác về sau

* Tiến hành: Rác sau phân loại sơ bộ trên băng tải được đưa vào máy xé bao với cơ

cấu cơ khí được thiết kế hợp lý, các bao chứa rác sẽ được phá vỡ và nhờ tác động lực đập của máy rác được làm tơi trước khi vào công đoạn tiếp theo

2.2.4 Phân loại bằng sức gió

* Mục đích: Tách các thành phần nhẹ như bao nilon, túi màng mỏng nhựa dẻo, ra

khỏi hỗn hợp rác thải

* Tiến hành: Rác sau khi được xé nhỏ, làm tơi, tiếp tục đi vào máy phân loại bằng

sức gió Dưới tác dụng của luồng không khí có trong máy các thành phần màng mỏng nhựa dẻo nhẹ sẽ được tách ra theo luồng không khí và được dồn lại thành đống, đưa

đi tái chế Hỗn hợp rác còn lại sẽ theo băng tải đi vào sàng lồng

2.2.5 Sàng lồng tách đất, cát và mùn vụn hữu cơ

* Mục đích: Tách đất, cát, mùn vụn có trong hỗn hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho

các quá trình ủ về sau: Giảm thể tích thiết bị, tránh ảnh hưởng đến các quá trình xử lý sinh học…

* Tiến hành: Rác sau khi tách màng mỏng, nhựa dẻo được băng tải đưa vào máy

sàng lồng thùng quay Máy có thùng quay và sàng nằm nghiêng Vật liệu trong thùng được nâng lên một góc nhất định rồi trượt tương đối lên bề mặt sàng theo quỹ đạo xoắn ốc Kích thước lỗ sàng khoảng 20 mm Đất, cát, mùn vụn hữu cơ có kích thước

bé hơn lỗ sàng sẽ lọt qua lỗ sàng và theo băng tải đi ra ngoài Rác còn lại sẽ được băng chuyền đưa đến công đoạn xử lý tiếp theo

2.2.6 Tách tuyển bằng tay

* Mục đích: Tách tuyển các chất không có khả năng lên men mà máy phân loại

không loại bỏ được

* Tiến hành: Rác từ máy sàng lồng thùng quay sẽ được đưa qua băng chuyền để đưa

vào công đoạn tiếp theo Hai bên băng tải có công nhân đứng nhặt bỏ những phần phi hữu cơ ra khỏi hỗn hợp

2.2.7 Tách tuyển từ tính

* Mục đích: Tách các kim loại ra khỏi hỗn hợp rác thải, giúp quá trình nghiền và ủ

rác diễn ra thuận lợi Đồng thời tránh ăn mòn, làm hư hỏng các thiết bị nghiền, băm

nhỏ,

* Tiến hành: Rác thải được xử lý ở trên tiếp tục đưa vào xử lý tại máy phân loại từ

tính Tại đây dưới tác dụng của lực từ, kim loại được tách ra khỏi hỗn hợp rác thải Rác sau đó được đưa vào băng chuyền xử lý tiếp theo còn kim loại sau khi tách ra, kéo theo một lượng nhỏ rác hữu cơ sẽ được đưa qua sàng rung để phân loại tiếp Mùn hữu cơ đưa qua máy băm, cắt nhỏ rác hữu cơ, còn kim loại được tập trung tại nơi tập kết và đưa đi tái chế

2.2.8 Băm, cắt nhỏ hỗn hợp hữu cơ

* Mục đích: Nhằm cắt nhỏ rác thải,tạo kích thước đồng nhất, thuận lợi cho quá trình

phối trộn sau này (đảm bảo men vi sinh được rải đều trong hỗn hợp), tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian ủ Đồng thời làm tăng hệ số chứa đầy trong bể ủ, nhờ đó giảm được diện tích nhà ủ

* Tiến hành: Hỗn hợp rác sau khi được tách kim loại sẽ đưa vào máy băm cắt nhỏ

PKC Ở đây, nhờ tác dụng các dao cắt gắn liền trên đĩa mà rác bị cắt ra thành những thành phần nhỏ có kích thước mong muốn

2.2.9 Phân loại bằng sức gió lần 2

* Mục đích: Loại bỏ những màng mỏng có kích thước nhỏ và những chất không có

khả năng lên men khác có trọng lượng bé còn sót lại, nhằm làm sạch hơn hỗn hợp rác hữu cơ trước khi ủ

* Tiến hành: Rác hữu cơ sau khi qua máy cắt được đưa vào máy phân loại bằng sức

gió, dưới áp lực của quạt đẩy, những chất có khối lượng nhỏ: Nilon, màng mỏng nhựa dẻo,… sẽ được đẩy ra khỏi hỗn hợp Còn nguyên liệu tiếp tục theo băng tải vào nhà phối trộn

2.2.10 Nhân giống

* Mục đích: Đáp ứng đủ số lượng giống phối trộn với lượng nguyên liệu đã xử lý để

tiến hành quá trình ủ

* Tiến hành: Vi sinh vật được nuôi cấy trên môi trường thích hợp như môi trường

tinh bột, môi trường CMC hoặc môi trường gelatin và chọn ra những chủng phát triển mạnh, có khả năng phân huỷ nhanh chóng và triệt để rác thải tạo sản phẩm Ở đây ta nuôi cấy trên môi trường CMC 20% vì chủ yếu vi sinh vật nuôi cấy để phân huỷ cellulose Thành phần CMC (trong 1 lít môi trường):

+ NaCl : 1 gam

+ Cao men : 0,1 gam

+ Cao thịt : 0,1 gam

+ Pepton : 0,1 gam

Tiến hành nhân giống theo 2 cấp: I, II

2.2.11 Phối trộn với men vi sinh

* Mục đích:Để bổ sung hỗn hợp vi sinh vật phân giải (men vi sinh), nhằm tăng cường

các quá trình sinh học xảy ra trong khối ủ, nhờ đó rút ngắn được thời gian ủ rất nhiều

so với quá trình ủ chỉ sử dụng hệ vi sinh vật tự nhiên

* Tiến hành: Rác sau khi đã phân loại và tách hoàn toàn các tạp chất sẽ đưa vào phối

trộn Phun men vi sinh phân hủy vào dòng chảy rác để phối trộn cho đều Tỉ lệ men vi sinh sử dụng 1,5% so với lượng rác thải

* Mục đích:

- Làm ổn định rác thải: Các quá trình sinh học xảy ra khi ủ rác thải hữu cơ nhờ hoạt động sống của hệ vi sinh vật sẽ chuyển hóa chất thải thành chất hữu cơ ổn định

- Tiêu diệt các VSV gây bệnh: Do nhiệt độ cao lên trong quá trình ủ, có thể lên đến 75oC, trung bình khoảng 55-60oC, các VSV gây bệnh sẽ bị tiêu diệt sau 4-5 ngày

ủ

- Làm cho chất hữu cơ trở thành phân bón có giá trị cao: Phần lớn các chất dinh dưỡng đa lượng N, P, K có trong chất thải hữu cơ tồn tại dạng hợp chất hữu cơ, cây trồng không có khả năng sử dụng để sinh trưởng, phát triển được Sau khi ủ, các chất này được chuyển sang dạng vô cơ như NO3-, PO43- rất thuận lợi cho cây hấp thụ Mặt khác, sau khi ủ một phần các chất dinh dưỡng trên còn nằm trong các hợp chất hữu cơ khó tan trong nước nên hạn chế được hiện tượng trôi rửa, hiệu quả sử dụng kéo dài trong nhiều năm

- Giảm độ ẩm cho khối ủ: Khi ủ nước sẽ tách khỏi chất rắn nhờ nhiệt độ tăng lên của khối ủ làm độ ẩm giảm từ 60% xuống còn 45%, tăng hiệu quả kinh tế và xử lý rất

cao [1, trang 106-107]

* Các quá trình sinh hóa xảy ra trong khi ủ

Quá trình ủ là một quá trình sinh học, ở đó các chất hữu cơ được chuyển hóa tạo thành mùn ổn định Quá trình này được thực hiện bởi một hỗn hợp các VSV có trong rác thải Chúng bao gồm vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn…Sự ổn định chất thải phần lớn được kết thúc bằng hoạt động của vi khuẩn

Các vi khuẩn ưa ấm xuất hiện đầu tiên Sau đó nhiệt độ được tăng lên, các vi khuẩn ưa nóng phát triển mạnh cùng với các loài nấm mốc ưa nóng Các nấm mốc ưa nóng thường phát triển sau 5-10 ngày ủ Nếu nhiệt độ tăng lên quá cao (65-70oC) phần lớn các nấm mốc, xạ khuẩn, vi khuẩn sẽ bị chết, lúc đó chỉ còn tồn tại các bào tử của vi khuẩn Cuối giai đoạn ủ, các loài xạ khuẩn sẽ tạo thành từng đám màu trắng hoặc màu xám trắng trên bề mặt khối ủ

Các loài vi khuẩn ưa nóng thuộc Bacillus sp đóng vai trò quan trọng trong sự chuyển hóa protein và các hợp chất hydratcacbon

Quá trình ủ chất thải với sự phát triển của các VSV qua các giai đoạn sau:

- Giai đoạn đầu: Là giai đoạn các loài VSV bắt đầu làm quen với điều kiện môi trường mới

- Giai đoạn phát triển các vi khuẩn ưa ấm Giai đoạn này các vi khuẩn phát triển rất mạnh

- Giai đoạn phát triển các VSV ưa nóng Ở giai đoạn này các vi khuẩn phát triển rất mạnh

Chất hữu cơ + O2 + VSV  CO2 + NH3 + các sản phẩm khác + năng lượng

Quá trình trên tạo ra những tế bào VSV mới và kết quả là sinh khối VSV ngày càng tăng lên bắt đầu một quá trình lên men lần 2 rất chậm và xảy ra quá trình mùn hóa chất thải Trong giai đoạn này xảy ra các phản ứng sau:

[1, trang 269]

* Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ

Hiệu quả của quá trình ủ phụ thuộc phần lớn vào 2 yếu tố:

- Nhóm VSV phát triển trong khối ủ

- Khả năng làm ổn định chất hữu cơ

Các yếu tố này lại phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Tỉ lệ C/N: Ảnh hưởng đến việc tạo thành sinh khối VSV, vì trong chất thải hữu

cơ có khoảng 20-40% lượng cacbon được chuyển hóa để tạo ra tế bào VSV mới, số còn lại chuyển thành CO2 Trong sinh khối VSV có 50% là cacbon, 5% là nitơ so với chất khô

- Độ ẩm: Độ ẩm đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình ủ chất thải hữu

cơ Nếu độ ẩm xuống dưới 20% thì các loài VSV sẽ không có khả năng phát triển, còn nếu độ ẩm quá cao sẽ xảy ra các quá trình sau:

+ Thẩm thấu qua đất và cuốn theo các chất dinh dưỡng

+ Làm nhiệt độ khối ủ không tăng lên được

+ Phát triển mạnh các loài VSV gây bệnh

Vì vậy, độ ẩm thích hợp cho quá trình ủ trong khoảng 50-70% (thích hợp nhất là khoảng 60%)

Nitrosomonas Nitrobacte

r

NH4+ + 3/2 O2 NO2- + H+ + H2O

Oxy: Quá trình ủ hiếu khí cần phải cung cấp oxy để cho VSV phát triển và ổn định chất thải hữu cơ Quá trình này có thể được thực hiện bằng 2 cách:

+ Đảo trộn có định kỳ

+ Cung cấp khí bằng các máy nén khí

Lượng oxy cung cấp cũng phải trong một giới hạn nhất định bởi nếu lượng oxy quá nhiều sẽ gây biến đổi về nhiệt và làm khô khối ủ, còn nếu ít quá thì sẽ xảy ra quá trình ủ kị khí và làm thối rửa bên trong khối ủ

- Nhiệt độ và độ pH: Nhiệt được tạo ra do quá trình chuyển hóa sinh học của khối

ủ đóng vai trò rất quan trọng:

+ Tạo điều kiện tối ưu cho quá trình phân giải

+ Tạo ra những chất an toàn cho VSV sử dụng Khi nhiệt độ tăng 60-65oC sẽ làm giảm các quá trình oxy hóa sinh học

Nhiệt độ thuận lợi nhất cho các phản ứng sinh học trong khối rác ủ là 55oC Mặt khác, tất cả các VSV gây bệnh đều bị tiêu diệt ở nhiệt độ trên 50oC Như vậy, nhiệt độ trong khoảng 50-55oC còn có tác dụng tiêu diệt các VSV gây bệnh Nhiệt độ được điều chỉnh bằng 2 yếu tố:

+ Cường độ thổi khí

+ Độ ẩm khối ủ

pH tối ưu cho quá trình ủ nằm trong khoảng trung tính Khi axit hữu cơ bay hơi được tạo ra thì pH trong khối ủ sẽ giảm Sau một thời gian nhất định pH lại trở về vùng trung tính [1]

* Tiến hành: Quá trình ủ chất thải được thực hiện qua 2 giai đoạn:

- Ủ sơ bộ:

+ Mục đích: Tạo điều kiện cho quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật phân giải tự nhiên và vi sinh vật bổ sung Ở giai đoạn đầu, nhiệt độ của khối ủ sẽ tăng rất nhanh có thể đạt 60-700C, những sinh vật gây bệnh cũng bị tiêu diệt ở quá trình ủ sơ bộ này và thay vào đó là sự phát triển rất nhanh của xạ khuẩn, nấm sợi, vi khuẩn ưa nhiệt, đặc biệt là xạ khuẩn [1]

+ Tiến hành: Sau khi phối trộn mùn rác hữu cơ được chuyển vào nhà ủ sơ bộ, không khí được cấp cho khối ủ bằng máy nén khí thông qua hệ thống ống dẫn đặt bên dưới nền bể ủ Quá trình ủ sơ bộ kết thúc sau 9 ngày ủ, độ ẩm sản phẩm giảm từ 60% xuống còn khoảng 55%

- Ủ chín:

+ Mục đích: Đây là quá trình mùn hóa mạnh, sản sinh nhiều hợp chất nitơ vô cơ hòa tan và ổn định phân mùn, vì vậy khi chuyển sang nhà ủ chín không những có tác dụng đảo trộn và làm tơi mùn mà còn làm giảm nhiệt độ khối ủ Tạo điều kiện cho xạ khuẩn và những vi khuẩn có bào tử phát triển mạnh, những loài vi sinh vật này làm tăng nhanh quá trình mùn hóa [2, trang 83]

+ Tiến hành: Kết thúc quá trình ủ sơ bộ, mùn hữu cơ được chuyển qua các bể ủ chín, oxi cũng được cung cấp liên tục bởi máy nén khí và hệ thống ống dẫn như ủ sơ

bộ Quá trình ủ chín kết thúc sau 27 ngày ủ, phân hữu cơ (độ ẩm 45%) được chuyển đến bãi tập kết, trước khi vào công đoạn tiếp theo

2.2.13 Đánh tơi mùn

* Mục đích: Sau khi ủ, phân mùn hữu cơ bị vón cục, đóng bánh rất nhiều do không

được đảo trộn liên tục bằng cơ khí Do đó cần phải đưa qua máy đánh tơi để làm tơi, giảm độ ẩm từ 45% xuống khoảng 40%, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sàng, sấy sau này đạt hiệu quả hơn

* Tiến hành: Mùn sau khi ủ qua băng tải vào máy đánh tơi Tại đây mùn sẽ được

đánh tơi nhờ các cánh quay quanh trục trong máy đánh tơi

2.2.14 Sàng tách tuyển mùn thô

* Mục đích: Loại bỏ những thành phần chưa phân hủy được sau khi ủ, giảm ẩm từ

40% xuống 38%, rút ngắn thời gian và nhiệt độ sấy sau này

* Tiến hành: Mùn sau khi được làm tơi theo băng tải đi vào sàng thùng quay có kích

thước lỗ sàng là 10 mm, mùn thô sẽ lọt lỗ sàng và tiếp tục được băng tải vận chuyển đến công đoạn xử lý tiếp theo, còn các bã cellulose tạp chất nằm trên sàng được đưa

đi làm nhiên liệu đốt

2.2.15 Phối trộn với phân ure, phân superphotphat, phân kali, men vi sinh cố định đạm và phân giải lân

* Mục đích: Tạo ra phân thành phẩm có tỉ lệ N:P:K thích hợp và đúng tiêu chuẩn

chất lượng

* Tiến hành: Mùn hữu cơ sau khi ra khỏi sàng lồngsẽ được băng tải đưa vào máy

trộn cùng với các loại phân urê, superphotphat, kali, men vi sinh cố định đạm và phân giải lân Tại đây các thành phần này sẽ được trộn đều với nhau tạo thành một hỗn hợp đồng đều, đảm bảo đúng chỉ tiêu chất lượng phân đã định sẵn

2.2.16 Tạo hạt

Mục đích: Tạo ra phân vi sinh ở dạng hạt với kích thước đồng đều thuận tiện

cho quá trình sử dụng của người dân sau này

Cách tiến hành: Hỗn hợp sau khi phối trộn được băng tải vào thiết bị tạo hạt

Tại đây phân được tạo thành hạt và đem đi sấy

2.2.17 Sấy

Mục đích: Làm giảm độ ẩm của phân hữu cơ đến môt độ ẩm nhất định để thuận

tiện cho các công đoạn tiếp theo và đảm bảo chất lượng bảo sản phẩm sau này

Cách tiến hành: Phân hữu cơ được đưa vào thiết bị sấy nhờ băng tải Tại đây,

lượng ẩm được tách ra và sản phẩm sau khi sấy đạt độ ẩm khoảng 28% sẽ được băng tải chuyển qua công đoạn tiếp theo

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM

3.1 Các số liệu ban đầu

- Năng suất ban đầu: 5 tấn rác/giờ

- Nguyên liệu: Rác thải sinh hoạt thành phố Đà Nẵng

- Chế phẩm EM và hỗn hợp men vi sinh phân hủy:

+ Lượng EM sử dụng 2lit/1 tấn rác thải

+ Men vi sinh thêm vào 1,5% so với tổng lượng rác thải

* Chọn các số liệu ban đầu:

- Độ ẩm trước khi ủ sơ bộ: 60%

- Độ ẩm sau khi ủ sơ bộ: 55%

- Độ ẩm trước khi ủ chín: 55%

- Độ ẩm sau khi ủ chín: 45%

- Độ ẩm trước khi làm tơi: 45%

- Độ ẩm sau khi làm tơi: 40%

- Độ ẩm trước khi sàng (tách tuyển mùn thô): 40%

- Độ ẩm sau khi sàng: 38%

- Độ ẩm trước khi sấy: 38%

- Độ ẩm sau khi sấy: 28%

3.2 Kế hoạch sản xuất của nhà máy

Nhà máy làm việc một năm 11 tháng, tuần làm việc 6 ngày, nghỉ Chủ nhật

Ngày làm việc một ca, mỗi ca 8 giờ

Ngoài ra, các ngày lễ cũng được nghỉ theo quy định

Cụ thể, các ngày nghỉ trong năm: