Tiểu luận xử lý chất thải rắn bằng phương pháp composting

Thông thường tại các hộ chăn nuôi bò sữa, các chất thải của hoạt động chăn nuôi thường được xả trực tiếp ra ao, hồ hay sông suối đối với các hộ nuôi một vài con bò sữa.. Phân hữu cơ hay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

Danh sách sinh viên thực hiện

1 Nguyễn Thị Minh Anh

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ (PHÂN COMPOST) 1

2.1 Khái niệ m 1

2.2 Ủ sinh học 2

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học 2

2.2.2 Các chất hữu cơ trong rác thải 3

2.2.3 Hoạt động của các vi sinh vật trong đống ủ 3

2.2.4 Phương pháp ủ hiếu khí 3

2.2.5 Phương pháp ủ kỵ khí 5

2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ 6

2.3 Ưu điểm và nhược điể m của phương pháp ủ sinh học 7

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH Ủ PHÂN HỮU CƠ 8

3.1 Tính toán tỉ lệ phối trộn 8

3.2 Phương pháp ủ hiếu khí 9

3.1.1 Chuẩn bị và tiến trình 9

3.1.2 Mô hình thủy canh tĩnh 9

3.3 Phương pháp ủ kỵ khí 16

3.3.1 Nguyên liệu và thiết bị 16

3.3.2 Cách tiến hành 16

3.3.3 Kết quả theo dõi 17

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 19

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Hiện nay, với nhu cầu sử dụng lương thực thực phẩm ngày càng tăng đã tạo điều kiện cho ngành chăn nuôi bò sữa phát triển Ở Củ Chi hiện nay có tới hơn 60000 con

bò sữa, trong đó xã Tân Thạnh Đông là xã có đàn bò sữa lớn nhất thành phố với 20000

con Bò sữa được nuôi tại hơn 8000 hộ và 3 doanh nghiệp

Thông thường tại các hộ chăn nuôi bò sữa, các chất thải của hoạt động chăn nuôi thường được xả trực tiếp ra ao, hồ hay sông suối đối với các hộ nuôi một vài con bò sữa Đối với các hộ có lượng bò sữa lớn hơn (khoảng hơn 10 con) thì lượng chất thải chăn nuôi sẽ được thu lại tại bể biogas Việc sử dụng bể biogas nhằm hạn chế tối đa việc xả ra môi trường tránh gây ô nhiễm đồng thời cũng cấp một lượng khí gas cho sinh hoạt

Tuy nhiên, để hạn chế bớt diện tích xây dựng bể biogas hay làm giảm bớt chi phí cho các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ thì quá trình ủ phân hữu cơ cũng là một giải pháp cho nông dân Vừa tận dụng nguồn chất thải sẵn có, vừa hạn chế được kinh phí lắp đặt bể biogas, vừa có phân bón để phục vụ cho trồng trọt

Mục đích nghiên cứu:

- Tìm hiểu các phương pháp ủ phân hữu cơ

- Biết được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ

- Biết được chất lượng phân sau khi ủ

- Tìm hiểu mô hình trồng thủy canh tĩnh

CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ (PHÂN COMPOST)

2.1 Khái niệm

Phân hữu cơ (hay còn gọi là compost) là các chất hữu cơ đã được phân hủy và tái chế thành một loại phân bón để cải tạo đất

Công nghệ ủ sinh học có thể là ủ đống tĩnh thoáng khí cưỡng bức, ủ luống có đảo định

kỳ hoặc vửa thổi khí vừa đảo; ủ trong môi trường kỵ khí như các bể biogas, các thùng, các đống ủ được đậy kín

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học

Quá trình hình thành chất hữu cơ trong tự nhiên

Cây xanh dùng quang năng để tổng hợp các chất hữu cơ từ khí cacbonic và nước:

6CO2 + 6H2O năng lượng mặt trời C6H12O6 + 6O2

Lá cây có sắc tố đặc biệt để phân hủy CO2 và nước; giữ lại C, O, H để tổng hợp các chất hữu cơ – chủ yếu là gluxit

Muốn tổng hợp protein và các axit béo cần bổ sung các nguyên tố N dưới dạng nitrat

và amoni

Bổ sung nguyên tố P dưới dạng phosphate (P2O5)

Bổ sung K, Fe, S,…và các nguyên tố vi lượng khác

Lưu trình của chất hữu cơ trong cuộc sống

2.2.2 Các chất hữu cơ trong rác thải

Thành phần các chất hữu cơ chủ yếu trong rác thải là hydratcarbon, protein, lipit

Protein là hợp chất cao phân tử chứa N, thường chứa tới 15-17,5% N

Lipit là các este của glyxerin và axit béo Thường chứa trong thành phần thực vật, các cây có dầu như lạc, bông, đậu, ngô, cọ,…

2.2.3 Hoạt động của các vi sinh vật trong đống ủ

Các quá trình sinh hóa diễn ra trong đống ủ chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật

sử dụng các hợp chất hữu cơ là nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động sống của chúng Rác hữu cơ tại các đống ủ được phân hủy theo nhiều giai đoạn chuyển hóa sinh học khác nhau

- Quá trình phân hủy hiếu khí: chất hữu cơ bị oxi hóa sinh hóa thành dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo và một lượng nhất định xenluloza

- Quá trình chuyển hóa yếm khí và kỵ khí: Các chất hữu cơ đơn giản được chuyển hóa tiếp thành các axit béo dễ bay hơi, rượu, CO2, N2 và khí metan

khối ủ tăng lên đến khoảng 45oC và sau 6 - 7 ngày thì đạt 70 - 75o

C Nhiệt độ này chỉ đạt được với điều kiện duy trì không khí và độ ẩm tối ưu cho VSV hoạt động Sự phân hủy hiếu khí diễn ra khá nhanh chỉ sau 2 - 4 tuần thì rác được phân hủy hoàn toàn Các

vi khuẩn gây bệnh và côn trùng bị hủy diệt do nhiệt độ tăng cao Bên cạnh đó mùi hôi cũng được khử Độ ẩm phải được duy trì tối ưu 50-60%

 Windrow (đánh luống)

Các bước thực hiện:

- Trộn nguyên liệu

- Đánh luống và bố trí các phương pháp làm thoáng khí

- Tiến hành quá trình ủ compost

- Sàng lọc hỗn hợp sản phẩm ủ compost

- Xử lý sản phẩm compost

- Lưu trữ

Sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh

- Đặc điểm: không xáo trộn luống ủ compost mà làm thoáng khí tự nhiên

- Chiều cao đống: 1.5 – 2.5m

 Sản xuất compost làm thoáng khí cƣỡng bức

Đặc điểm: Dùng thiết bị thổi không khí từ dưới lên hoặc thiết bị thổi không khí từ trên xuống đi xuyên qua đống ủ compost không đảo trộn

Thời gian ủ: 3-5 tuần

Độ ẩm: 50- 60%

Ưu điểm của phương pháp này

- Một khối lượng lớn các vật chất hữu cơ có thể được ủ nhanh chóng với lao động ít hơn

- Kiểm soát mùi được cải thiện

- Chất lượng của các sản phẩm cuối cùng có thể được kiểm soát tốt hơn Chỉ xử

lý tốt cho những chất thải có cấu tạo dạng hạt, kích thước hạt không quá 3-4cm và tương đối đồng đều

 Sản xuất compost trong các thùng

Mục đích:

- Tăng tốc quá trình ủ phân compost bằng việc duy trì các điều kiện tốt nhất cho

vi sinh vật hoạt động

- Giảm thiểu tác hại lên môi trường

Hoạt động ủ phân trong thùng chứa:

- Các điều kiện phân bón được kiểm soát bằng cách sử dụng sục khí hoặc khuấy trộn để thúc đẩy sự phân hủy nhanh

- Hàm lượng oxy cung cấp tối ưu cho hoạt động hiếu khí (>10%), độ ẩm tối ưu (40- 60%), và kiểm soát nhiệt độ trong khoảng ấm tối ưu, nơi vi khuẩn hoạt động có hiệu quả nhất

- Để làm được điều này, sục khí và khuấy trộn được điều khiển bởi nhiệt độ, độ

ẩm, và tuần hoàn oxy (thông thường là oxy), hoặc theo chu kì

- Hệ thống sục khí có thể có hoặc không và có nhiều thiết kế, nhưng không khí nên được phân bố đều Hệ thống khuấy trộn cũng phá vỡ các hạt, cung cấp các vi sinh vật tiếp cận tốt hơn với carbon để phân hủy

Thời gian ủ : 2 -3 tuần có thể ngắn hơn hoặc dài hơn

Phân hủy kị khí chia làm 6 quá trình

- Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo

- Lên men các amino acid và đường

- Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols)

- Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic)

- Hình thành khí methane từ acid acetic

- Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2,

NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0

- Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới

- Methane hóa (methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ

kỵ khí Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ

Hoạt động của sinh vật

Sinh vật tham gia vào quá trình ủ phân bao gồm các VSV và những sinh vật khác như trùn quế, ấu trùng bay…

Các vi sinh vật được chia thành các nhóm sau:

- Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ từ 0 – 20oC

- Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ từ 20 – 40oC

- Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ từ 40 – 70oC

Đối với quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong sản xuất phân hữu cơ, hai nhóm sinh vật

ưa ấm và ưa nóng chiếm ưu thế Tuy nhiên những vi sinh vật này vốn tồn tại sẵn trong môi trường tự nhiên, chúng ta chỉ tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm sinh vật này sinh trưởng phát triển

Chất trộn

Trong thực tế vận hành quá trình ủ phân, một số chất trộn rất cần thiết như mùn cưa,

vỏ cây, vỏ lúa… Những chất trộn này có tác dụng thông khí, tạo MT phát triển thuận

lợi cho VSV cũng như bổ sung một số nguyên tố cần thiết cho các phản ứng xảy ra

Nhân tố dinh dưỡng

Các nguyên tố vi lượng và dinh dưỡng: các yếu tố dinh dưỡng bao gồm C, P, K, P, N Các yếu tố vi lượng bao gồm Mg, Mn, Co (coban), Fe, S

Trong đó tỉ lệ C:N trong CTR là thông số quan trọng nhất Tỉ lệ C:N khoảng 20:1 đến 30:1 là phù hợp nhất, vượt quá giới hạn đó, sẽ hạn chế các quá trình phân hủy

Chất thải N (% khối lượng khô) Tỷ lệ C/N

Bảng 2.1 Ti lệ C:N của các CT [Chongrak, 1996]

Kích thước hạt

Kích thước hạt là yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giữ ẩm và tốc độ phân hủy Đường kính của hạt tối ưu là 1,5 – 7 cm

Nhân tố môi trường

Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hướng đến hiệu quả hoạt động của VSV Nhiệt độ trên

ngưỡng 65 độ C, các vi khuẩn sẽ bị chết ngoài một số ít vi khuẩn Thermophilic (ưa nhiệt) còn tồn tại

Khoảng dao động Tối ƣu Psychrophilic

Nguồn: Tchobanoglous và nnk, 1993

pH:

pH tối ưu cho quá trình chế biến Compost là 6.5 – 8, pH trên hoặc dưới khoảng này đều hạn chế quá trình phân hủy diễn ra pH trong quá trình ủ CTR biên thiên theo bảng sau:

Bảng 2.3: Biến thiên pH theo thời gian của quá trình ủ

- Giảm diện tích đất chôn lấp chất thải, tăng khả năng chống ô nhiễm môi trường

- Sử dụng lại được 50% các chất hữu cơ có trong thành phần chất thải để chế biễn làm phân bón

- Phân loại được các loại rác thải có thể tái sử dụng phục vụ cho công nghiệp

- Vận hành đơn giản

Nhược điểm:

- Mức độ tự động hóa của công nghệ chưa cao

- Việc phân loại vẫn phải thực hiện thủ công nên ảnh hưởng đến sức khỏe của người công nhân

- Chất lượng sản phẩm chưa cao, không đồng đều

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH Ủ PHÂN HỮU CƠ

- a: khối lượng phân khô (kg)

Với 1kg phân bò khô thì cần 0,25kg cám gạo

Tính toán khối lượng phân tươi cần thiết:

- Đem 100g phân tươi đi sấy ở nhiệt độ 150oC trong 2 giờ

- Để nguội, đem cân

Kết quả

Mẫu Khối lượng

đem sấy

Khối lượng sau sấy

Vậy 1kg phân khô tương đương với 4,2kg phân tươi

Tỉ lệ phối trộn: cứ 4kg phân tươi cần 240g cám gạo

Cho 2kg phân tươi và 120g cám gạo vào tháp chứa

Cho thêm 10 lít nước

Gắn ống và tiến hành sục khí liên tục

Thường xuyên kiểm tra, thêm nước nếu lượng nước bị mất quá nhiều

Sau 10 - 20 ngày xả hỗn hợp ra ngoài bể chứa, lấy dung dịch đem trồng cây thủy canh

3.1.2 Mô hình thủy canh tĩnh

Chuẩn bị mô hình:

Mô hình gồm 4 thùng xốp, mỗi nắp được khoanh 15 lỗ để chứa cốc trồng cây Phần đáy được lót một lớp ni lông để chống thấm nước

Chuẩn bị giá thể:

Sử dụng xơ dừa làm giá thể cho cây trồng

Xơ dừa là một trong những loại giá thể tốt dùng để trồng rau mầm, do xơ dừa không bám nhiều bụi bẩn như đất, làm giá thể cho VSV phát triển

Tuy nhiên một trong xơ dừa có chứa hàm lượng chất chát lignin cao, khó phân hủy, gây khó khăn đến sự sinh trưởng của cây trồng Cho nên trước khi thực hiện việc gieo trồng cần xử lí độ chát của xơ dừa:

- Quá trình rửa chát nếu xảy ra trong tự nhiên thì thời gian rất lâu (khoảng 12- 24 tháng) Do đó, ngoài biện pháp sử dụng chế phẩm vi sinh để xử lý, thì vôi cũng là một biện pháp để xử lí (vôi dùng bón cho cây trồng) với tỷ lệ cứ 1 kg vôi pha với 40 lít nước sạch, mụn xơ dừa được đưa vào bể chứa có dung dịch vôi pha sẵn với tỷ lệ trên

và ngâm liên tục trong nước vôi Thời gian ngâm tốt nhất từ 5 – 7 ngày sau đó xả nước chát màu đen ra khỏi bể chứa và đưa nước sạch vào xử lý từ 2 -3 lần Khi đó có thể đem ra sử dụng

- Xử lý khử trùng và ủ giá thể: sau khi giá thể đem ra khỏi bể xử lý (đạc sạch vôi)

có thể đem ủ với chế phẩm sinh học BIMA ( có chứa nấm đối kháng Trichoderma) để thúc đẩy quá trình tiêu diệt các nấm gây hại cho cây trồng vừa thúc đẩy quá trình ủ hoai của giá thể mụn xơ dừa Tỷ lệ phối trộn cứ 1 tấn xơ dừa sau xử lý trộn với 3 – 4kg BIMA, lưu ý phải giữ cho độ ẩm của đống ủ từ 50 – 60% Bổ sung thêm từ 20 – 30 kg super lân trộn đều với 1 tấn xơ dừa Có thể tạo độ ẩm đống ủ bằng cách pha 1 kg ure với 100 lít nước và tưới đều vào đống ủ cho đạt đến độ ẩm 50 – 60% Có thể kiểm tra

độ ẩm đống ủ bằng cách lấy tay nắm chặt hỗn hợp đã phối trộn, thấy rỉ nước ra ở tay là được Đảo trộn và đậy bạt, sau 4–5 ngày, nhiệt độ đống ủ sẽ tăng lên, đạt khoảng 60o

C Sau 7 ngày ta tiến hành đảo trộn Nếu thấy khô, phun nước vào để tạo độ ẩm Sau 25 –

30 ngày, đảo lại 1 lần, phun nước để đảm bảo độ ẩm 50–55% Sau thời gian từ 40 – 60

ngày có thể đem ra sử dụng Giá thể sau khi xử lý có thể trộn thêm với các loại phân hữu cơ, phân NPK, urê, super lân, kali

Cho xơ dừa đã qua xử lí và pha trộn vào gần 2/3 cốc nhựa đã đục lỗ

Cho nước vào khay chứa (khoảng 2cm), đặt các cốc nhựa vào cho xơ dừa tự hút ẩm Giữ mực nước ở khay khoảng 1cm để duy trì độ ẩm, tránh cho xơ dừa bị khô

Gieo khoảng 10 hạt rau muống đã qua ngâm vào mỗi cốc (có 20 cốc) rồi phủ một lớp

xơ dừa mỏng

Gieo khoảng 5 – 6 hạt rau cải, xà lách dúng vàng vào 40 cốc còn lại Đợi 2 – 3 ngày thấy hạt nảy mầm thì phủ một lớp xơ dừa mỏng

Sau 7 – 10 ngày, khi cây con đã sử dụng hết các chất dinh dưỡng có trong hạt thì cũng cấp mẫu phân bón vào để nuôi cây

Dịch trùn quế (ml)

Nước phân bò (ml)

Nước (l)

Độ dẫn điện (ppm)

Tình trạng cây khi bắt đầu cấp dinh dưỡng

STT Loại cây Chiều cao (cm)

2 Cải 5

3 Xà lách dúng vàng 3

Kết quả theo dõi

Sau 1 tuần thủy canh, do một phần lượng nước bị bốc hơi khiến cho nồng độ chất dinh dưỡng khá cao Bổ sung thêm 3 lít nước mỗi thùng

Cây ở thùng 3

Cây ở thùng 4

Cây sau 2 tuần

Cây ở thùng 1

Cây ở thùng 2, 3, 4

3.3 Phương pháp ủ kỵ khí

Phân sau khi ủ sẽ ở trạng thái rắn, giống chất mùn Được sử dụng bón cho cây trồng

3.3.1 Nguyên liệu và thiết bị

Cho vào thùng xốp đã đục lỗ thoát khí (70% thể tích thùng xốp), đậy nắp kín

Cứ sau 1 tuần đảo trộn 1 lần, kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm (50% – 65%), cung cấp nước nếu độ ẩm quá thấp

Ủ trong vòng 4 – 6 tuần

Đến khi hỗn hợp chuyển sang màu nâu đất, chất mùn

3.3.3 Kết quả theo dõi

Phân sau 1 tuần ủ

Phân sau 2 tuần ủ