Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu sản xuất phân compost từ vỏ cà phê

FUMEE CO.,LTD fumee.vn

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Mở đầu
Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, ngành nông nghiệp cũng đã
có những thay đổi rất đáng kể. Nhiều máy móc tiên tiến, công nghệ trồng trọt,
giống mới…ra đời, đã đáp ứng kịp với những nhu cầu ngày càng cao. Việt Nam là
nước nông nghiệp nên phân bón và giống có thể xem là 2 yếu tố có tính quyết định
đến năng suất và chất lượng. Nhiều nơi, do sử dụng quá mức cần thiết các loại phân
bón và thuốc trừ sâu hoá học làm cho đất canh tác bị bạc màu đi rất nhanh chóng.
Ngoài ra, những ảnh hưởng của phát triển Nông Nghiệp theo hướng CNHHĐH cũng góp phần làm cho diện tích đất nông nghiệp ngày một giảm đi, trong khi
đó dân số tiếp tục tăng lên, nhu cầu về nhà ở ngày càng nhiều, nếu chúng ta không
có quy hoạch và quản lý tốt thì diện tích đất màu mỡ sẽ mất đi nhanh chóng.
Mặt khác, mưa nhiều và tập trung làm cho đất trở nên xói mòn, rửa trôi khá
nhanh, đất dễ bị suy thoái, cạn kiệt dinh dưỡng. Bên cạnh đó, việc khai thác và sử
dụng quá mức cũng như chế độ canh tác không hợp lý cũng dẫn đến tình trạng sa
mạc hóa.
Do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển cao đòi hỏi con người sử dụng nhiều
biện pháp khác nhau để tăng năng suất sản lượng sản phẩm. Những hoạt động
nhằm mục đích kinh tế này cũng là nguyên nhân cơ bản làm ô nhiễm môi trường.
Mặt khác, ngành nông nghiệp ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng phân

bón hóa học, vì thế dư lượng các chất hóa học trong các loại phân này gây ô nhiễm
môi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng nhiều đến sinh vật cũng như con
người.
Để trả lại độ phì nhiêu cho đất biện pháp cấp thiết đố là sử dụng sản phẩm
phân hữu cơ chế biến từ các nguồn khác nhau, đây chính là giải pháp hay nhất hiện
nay có thể giải quyết được các vấn đề trên. Phân bón hữu cơ dựa vào các chủng vi
sinh vật sẽ phân giải các chất hữu cơ trong bùn, phế thải, rác thải, phế phẩm công
nông nghiệp,…. tạo ra sinh khổi, sinh khối này rất tốt cho cây cũng như cho đất,
giúp cải tạo làm đất tơi xốp. Mặt khác với mức sống trung bình của một người nông
dân hiện nay không thể dùng các loại phân bón cho cây trồng với giá cả cao như
vậy, sự ra đời của hữu cơ đã đáp ứng được mong muốn của người nông dân, vừa
SVTH: Trần Xuân Huy

1


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

tăng năng suất lại hợp túi tiền. Dùng phân hữu cơ có thể thay thế được từ 50 100% lượng phân đạm hóa học (tùy từng loại cây trồng bón phân vi sinh có thể tiết
kiệm được nhiều chi phí do giá phân hạ, giảm lượng phân bón, giảm số lần phun và
lượng thuốc BVTV)…Do bón phân hữu cơ nên sản phẩm rất an toàn, lượng nitrat
giảm đáng kể, đất không bị ô nhiễm, khả năng giữ ẩm tốt hơn, tăng cường khả
năng cải tạo đất do các hệ sinh vật có ích hoạt động mạnh làm cho đất tơi xốp hơn.
Tại Tây Nguyên có khoảng 500.000 ha cà phê, trung bình hang năm thu
khoảng 2 triệu tấn cà phê thành phẩm. Với tỷ lệ vỏ cà phê chiếm 15% thì lượng vỏ
cà phê tạo ra hàng năm tại đây là khoảng 300.000 ngàn tấn. Vì vậy tiềm năng của
việc chế biến vỏ cà phê thành phân compost là rất lớn. Đề tài này ra đời nhằm tận
dụng lượng vỏ cà phê bị thải bỏ.
1.2 Mục tiêu đề tài
o

Tối ưu hóa quá trình ủ phân compost từ vỏ cà phê.

o

Xây dựng quy trìnhhoàn thiện nhất để ủ phân compost từ vỏ cà phê.

1.3 Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đồ án thực hiện với nhũng nội dung chính
sau:

o

Tổng quan về công nghệ làm phân compost.

o

Phân tích thành phần, đặc tính của vỏ cà phê.

o

Lắp đặt và vận hành mô hình ủ compost từ vỏ cà phê

o

Nghiên cứu các điều kiện tối ưu sản xuất compost tù vỏ cà phê.

1.4 Đối tượng nghiên cứu
Vỏ cà phê từ huyện EaHleo tỉnh Đăk Lăk
1.5 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu trong điều kiện khí hậu tại Quận 12, Tp HCM:
o

Nhiệt độ trung bình 30 0C.

o

Độ ẩm trung bình 75%

o

Ánh sáng tự nhiên.

SVTH: Trần Xuân Huy

2


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Xử lý vỏ cà phê, tạo nguồn phân bón cho cây trồng
1.7 Phạm vi ứng dụng
Áp dụng với quy mô nhỏ ( hộ gia đình, trang trại nhỏ ).
1.8 Phương pháp nghiên cứu:
1.8.1 Phương pháp luận
Dựa vào những tài liệu sẵn có về quá trình lên men hiếu khí chất thải có
nghuồn gốc hữu cơ, để xây dựng mô hình ủ compost từ vỏ cà phê.
Theo dõi liên tục các chỉ tiêu về nhiệt độ, độ ẩm, pH, hàm lượng cacbon,
hàm lượng Nito ảnh hưởng đến quá trình tạo ra sản phẩm compost.
1.8.2 Phương pháp thực tiễn
Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các số liệu từ quá trình ủ compost,
các thông số trong quá trình theo dõi nhiệt độ, độ sụt giảm thể tích, pH, độ ẩm, chất
hữu cơ, hàm lượng C, N.
Phương pháp thực nghiệm: Làm thực nghiệm ủ phân compost.
Phương pháp thống kê: Tính toán biến thiên nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ,
hàm lượng C, N trong quá trình ủ phân.
Phương pháp đánh giá: Nhận xét, đánh giá kết quả sau quá trình ủ.

SVTH: Trần Xuân Huy

3


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM NÔNG
NGHIỆP VÀ VỎ CÀ PHÊ
2.1. Tổng quan về nông nghiệp Việt Nam
Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam. Hiện nay, Việt Nam
vẫn là một nước nông nghiệp. Năm 2009, giá trị sản lượng của nông nghiệp đạt
71,473 nghìn tỷ đồng (giá so sánh với năm 1994), tăng 1,32% so với năm 2008 và
chiếm 13,85% tổng sản phẩm trong nước. Tỷ trọng của nông nghiệp trong nền kinh
tế bị sụt giảm trong những năm gần đây, trong khi các các lĩnh vực kinh tế khác gia
tăng. Đóng góp của nông nghiệp vào tạo việc làm còn lớn hơn cả đóng góp của
ngành này vào GDP. Trong năm 2005, có khoảng 60% lao động làm việc trong lĩnh
vực nông, lâm nghiệp, và thuỷ sản. Sản lượng nông nghiệp xuất khẩu chiếm
khoảng 30% trong năm 2005. Việc tự do hóa sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là sản
xuất lúa gạo, đã giúp Việt Nam là nước thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo.
Những nông sản quan trọng khác là cà phê, sợi bông, đậu phộng, cao su, đường, và
trà.
2.2 Thực trạng các phụ phẩm nông nghiệp
Trong sản xuất nông nghiệp, lâu nay nhiều nông dân chỉ chú trọng đến
những sản phẩm chính mà mình làm ra. Chăn nuôi hay trồng trọt cũng vậy, mục
tiêu cuối cùng mà họ muốn đạt tới là làm thế nào để có năng suất và chất lượng
cao. Tất nhiên, điều mà họ mong muốn là chính đáng, nhưng ngoài cái chính ấy họ
lại quên đi những sản phẩm phụ mà lẽ ra nếu được khai thác tốt sẽ mang lại một
nguồn thu đáng kể. Không chỉ có vậy, những thứ mà nông dân cho là bỏ đi sẽ còn
làm ảnh hưởng đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường.
Cây lúa một năm cho ra khoảng vài chục triệu tấn rơm. Một thời gian dài
nguồn rơm này thường bị nông dân đốt bỏ hoặc thải xuống sông rạch gây ô nhiễm
và làm cản trở giao thông đường. Khối lượng rơm khổng lồ ấy nếu dùng để sản
xuất ra loại hàng hóa khác hoặc dùng trong chăn nuôi thì sẽ làm tăng thu nhập cho
nông dân rất nhiều. Vụ lúa với khoảng 4 triệu ha đất trồng lúa, tương đương gần 20
triệu tấn rơm, với lợi thế mùa khô, tranh thủ phơi vài nắng rồi bó lại xếp vào nhà
chứa hoặc chất thành cây thì chỉ cần tận dụng một nửa lượng rơm của mùa này thì
SVTH: Trần Xuân Huy

4


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

cũng đã chủ động nuôi vài trăm ngàn con trâu, bò. Còn nếu muốn “đổi vị”, tăng
chất cho rơm, chỉ cần vài túi nilong đường kính 1-1,2m, rồi cứ 100 kg rơm thêm 4
kg urê, nửa kg muối hòa tan, cứ lần lượt chất rơm vào túi, chất lớp nào tưới dung
dịch đã pha sẵn rồi nén thật chặt tuần tự đến khi đầy túi, cột chặt miệng túi lại rồi
úp ngược xuống, 8-10 ngày sau lấy ra cho trâu bò ăn rất hữu dụng.
Rơm - sản phẩm phụ của cây lúa nếu bỏ đi thì cũng chỉ là “rơm rác”- song,
nếu biết khai thác thì là cả gia tài.
Ngoài rơm rạ, diện tích trồng khoai lang, khoai mì, bắp mía ở nước ta cũng
có hàng trăm ngàn ha. Sau khi thu hoạch thân, củ, trái, nếu phần đọt và lá được tận
dụng, chế biến theo phương pháp ủ vi sinh, bảo quản cho trâu bò, heo ăn dần trong
năm thì cũng đã chủ động nuôi được hàng trăm ngàn con trâu bò, hàng trăm ngàn
con heo, tiết kiệm được nguồn tiền thức ăn rất lớn. Phương pháp ủ chua vi sinh rất
dễ làm, tiện dụng và thời gian bảo quản kéo dài, trâu bò, heo lại rất thích ăn loại
thức ăn này. Cách làm như trên, với chúng ta như còn mới mẻ, nhưng những nước
ôn đới có nền chăn nuôi phát triển họ đã áp dụng rộng rãi hầu như là phổ biến.
Theo những nhà khoa học, thức ăn xanh ủ chua ngoài việc dinh dưỡng được bảo
tồn, cải thiện còn giúp cho vật nuôi tiêu hóa, hấp thu dễ hơn.
Theo thống kê nước ta hiện có hàng triệu con heo và trâu bò, hàng chục triệu
con gia cầm. Ngoài sản phẩm chính là thịt, trứng, sữa, sức kéo thì chất thải của
chúng thải ra cũng không ít. Thực tế mới chỉ có phân bò và một ít lượng phân heo,
phân gà vịt được sử dụng để bón cho cây tiêu, nuôi cá hoặc trồng rẫy và cây ăn trái.
Số còn lại rất lớn thải ra môi trường qua ao, đìa, sông rạch rất mất vệ sinh và là
nguồn lây lan dịch bệnh cho người và vật nuôi. Theo tính toán của các chuyên gia
về khí sinh học thì chỉ cần 5 con trâu bò hay 10 con heo hoặc 100 con gia cầm, các
hộ nông dân có thể làm được một túi khí sinh học qui mô nông hộ (túi ủ Biogas).
Công trình khí sinh học sẽ đem lại một nguồn lợi đáng kể cho người sử dụng. Chỉ
tính riêng cho việc dùng gas để đun nấu mỗi năm cũng tiết kiệm được trên 2 triệu
đồng tiền chất đốt. Nếu hạch toán vào chăn nuôi đây có thể coi như một nguồn lãi
đáng kể, làm giảm giá thành khoảng 7%. Mặt khác, phụ phẩm của công trình khí
sinh học gồm nước thải lỏng và bã thải là những sản phẩm có giá trị thiết thực đối
với sản xuất nông nghịêp. Chúng được sử dụng làm phân bón, nuôi nấm, xử lý hạt
SVTH: Trần Xuân Huy

5


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

giống hay làm thức ăn bổ sung cho gia súc, nuôi cá, nuôi trùn quế… Kết quả
nghiên cứu cho thấy, dùng phụ phẩm lỏng phun trên lá năng suất cây trồng tăng
bình quân khoảng 10% so với bón trực tiếp vào đất. Còn bã thải của túi khí bón
phối hợp với phân vô cơ sẽ làm tăng độ hòa tan và hấp thu phân bón hóa học của
đất, tăng hiệu quả sử dụng NPK lên 10-30%. Ngoài ra, cách bón này cũng thúc đẩy
hoạt động của vi sinh vật, giữ phân cho đất, làm đất tơi xốp, tránh tình trạng đất bị
chai do bón nhiều phân hóa học.
Sản phẩm phụ từ nông nghiệp nếu bỏ đi thì chỉ là rác, một thứ rác độc hại
ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người, vật nuôi và môi sinh. Còn nếu
chúng ta biết tận dụng xử lý và khai thác thì nó là một nguồn lợi đáng kể cả về vật
chất lẫn tinh thần vì không lo bệnh tật. Cái lợi trước mắt thì đã rõ, còn về lâu dài nó
giúp tạo dựng nên nột nền nông nghiệp bền vững. Đất đai có hạn, con người ngày
một đông. Thêm nữa, màu mỡ trong đất cũng ngày càng cạn kiệt dần do canh tác
liên tục nhiều vụ trong năm. Đã đến lúc chúng ta không thể thờ ơ trước thực trạng
này. Tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp vào sản xuất nông nghiệp, cũng có
nghĩa là ta đã trả về cho đất những thứ mà ta đã lấy đi. Hơn lúc nào hết, ngày nay
cả thế giới đang vào cuộc khắc phục xuống cấp trầm trọng của khí hậu và môi
trường. Chúng ta không thể và không nên đứng ngoài cuộc mà phải hành động để
bảo vệ khí hậu và thân thiện với môi trường vì cuộc sống của chính chúng ta.
2.3 Thực trạng vỏ cà phê.
Tây Nguyên là vùng đất rộng lớn giàu tiềm năng phát triển nông nghiệp với
nhiều loại cây trồng khác nhau, đất đai ở đây được đánh giá là thiên đường để
trồng cây công nghiệp, đặc biệt là cây cà phê, cao su và các cây trồng khác. Nhưng
do các yếu tố tự nhiên, địa hình dốc bị chia cắt mạnh và sự khai thác đất không hợp
lý, không đúng kỹ thuật của con người nên đã làm suy thoái sức sản xuất của đất,
mà trước hết là làm sụt giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất, sau đó là độ phì, cấu
trúc đất cũng bị sụt giảm theo. Thực tế sản xuất đã khẳng định vai trò thiết yếu của
phân hữu cơ trong việc duy trì độ phì nhiêu của đất, ổn định năng suất cây trồng,
góp phần vào sản xuất nông nghiệp bền vững.

SVTH: Trần Xuân Huy

6


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Vỏ cà phê thường bị đốt bỏ hoặc đổ trực tiếp ra vườn cà phê không qua xử
lý, nên chậm phân hủy gây ô nhiễm môi trường và là nguồn mang sâu bệnh hại
tích lũy cho vụ sau. Vỏ cà phê chứa nhiều cafein và tanin có khả năng ức chế vi
sinh vật làm chậm quá trình phân hủy trong môi trường tự nhiên (chỉ phân hủy sau
2 năm). Mặc dù vậy, vỏ cà phê rất giàu lignocellulose, đây là nguyên liệu lý tưởng
cho các quá trình lên men vi sinh vật. Một số nông dân đem trộn vỏ cà phê với
phân chuồng để làm phân bón cho vụ sau nhưng không có qui trình ủ nên hiệu quả
không cao.
Phần lớn nông dân trồng cà phê ở Kon Tum, Đăk Lăk, Gia Lai sử dụng
phân bón hóa học, thiếu bón phân hữu cơ làm cho đất trồng cà phê ngày càng bị
chai cứng, thoái hóa, vi sinh vật đất bị suy thoái hoặc sử dụng phân hữu cơ vi sinh
với giá cao để bón cho cà phê không có hiệu quả kinh tế, trong khi đó, hàng năm có
khoảng 300.000 tấn vỏ cà phê bị thải bỏ, đây là một nguồn hữu cơ dồi dào để sử
dụng làm phân compost.

SVTH: Trần Xuân Huy

7


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ PHÂN COMPOST
3.1 GIỚI THIỆU
Ở các nước đang phát triển, những trở ngại có liên quan đến kinh tế, kỹ thuật
và nguồn nhân lực có đủ trình độ chuyên môn làm thu hẹp cơ hội lựa chọn giải
pháp quản lý, xử lý, thải bỏ chất thải rắn chấp nhận được. Những giải pháp có thể
bao gồm: giảm thiểu, tái sinh tái chế, sản xuất compost, thiêu đốt và chôn lấp chất
thải rắn. Sản xuất compost là giải pháp, có một vài ngoại lệ, thích hợp nhất cho
nguồn nguyên liệu hạn chế nhưng có sẵn ở các nước đang phát triển. Một đặc điểm
làm cho sản xuất compost đặc biệt phù hợp là khả năng thích nghi cao với nhiều
tình huống khác nhau, một phần bởi vì những yêu cầu cần thiết cho quá trình sản
xuất compost có thể linh động thay đổi. Kết quả là, gần như có mọi hệ thống
compost cho mọi trường hợp, nghĩa là từ hệ thống đơn giản cho khu vực mới phát
triển công nghiệp đến các hệ thống cơ giới hoá phức tạp cho khu vực phát triển
công nghiệp hiện đại.
Giải pháp sản xuất compost đã tận dụng được nhiều lợi ích của hệ thống sinh
học: giảm chi phí cho trang thiết bị và chi phí vận hành, thân thiện với môi trường
và tạo ra được 1 sản phẩm có ích.
Ngược lại, sản xuất compost thỉnh thoảng có một số bất lợi, thường liên
quan đến hệ thống sinh học, cụ thể là tốc độ phản ứng chậm và một số vấn đề
không thể dự đoán được. Đối với những nhược điểm vừa nêu, tốc độ phản ứng
chậm có thể hợp lý vì thời gian cần thiết để xảy ra các phản ứng (retention times)
được tính bằng tuần hoặc tháng. Tuy nhiên, nhược điểm không thể dự đoán được
thì không hợp lý. Nếu tất cả các điều kiện cần thiết được xác định, đảm bảo và duy
trì thì tình trạng của quá trình sản xuất đó sẽ dự báo được.
Giữa các yếu tố tiên quyết chủ yếu thì điều kiện quyết định cho sự thành
công của sản xuất compost là sự hiểu biết cặn kẽ và ứng dụng các nguyên tắc cơ
bản của quá trình. Nếu không có sự hiểu biết này, thì các kế hoạch thiết kế và vận
hành sản xuất compost sẽ không được chuẩn bị đầy đủ. Những kiến thức về sinh
học dựa trên kiến thức về những nguyên tắc cơ bản của quá trình. Kiến thức naỳ
cho phép có thể đưa ra những đánh giá hợp lý về từng kỹ thuật làm compost và sự
ứng dụng những kỹ thuật đó. Lợi ích hiển nhiên của kiến thức là giúp ích cho việc
SVTH: Trần Xuân Huy

8


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

lựa chọn một hệ thống phù hợp nhất để thực hiện các nhiệm vụ đã đưa ra. Thêm
một lợi ích kèm theo nữa là khả năng đánh giá chính xác hệ thống thử nghiệm.
3.2 ĐỊNH NGHĨA:
Có 2 định nghĩa về compost: đầu tiên là định nghĩa theo đúng thuật ngữ,
phân biệt sản xuất compost với các dạng phân hủy sinh học khác. Thứ hai là định
nghĩa trên quan điểm sinh thái.
3.2.1 Định nghĩa theo đúng thuật ngữ:
Định nghĩa phân biệt sản xuất compost với các quá trình sinh học khác nhau
là:
“ Composting is the biologycal decomposition of biodegradable solid waste
under controlled predominantly aerobic conditions to a state that is sufficiently
stable for muisance – free strorage and handling and is satisfactorily matured for
safe use in agriculture”
“Sản xuất Compost là sự phân huỷ sinh học của các chất thải rắn dễ phân
huỷ sinh học dưới những điều kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát thành chất ở
tình trạng ổn định hoàn toàn, không gây cảm giác khó chịu khi lưu trữ, sử dụng và
trưởng thành để sử dụng an toàn trong nông nghiệp”.
Các thuật ngữ và các cụm từ được sử dụng kết hợp với nhau để phân biệt
những điểm khác nhau của sản xuất comost với các quá trình phân huỷ khác là:
“biological decomposition” (phân hủy sinh học), “biodegradable” (dễ phân hủy
sinh học), “under controlled predominantly aerobic conditions” (dưới những điều
kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát), “sufficiently stable” (ổn định hoàn toàn), và
“mature” (trưởng thành). Cụm từ: “biological decomposition” có ý là sự phân huỷ
đã được tiến hành và hoàn thành bởi vi sinh vật. “Biodegradable” nói đến cơ chất
và sự dễ bị ảnh hưởng do quá trình phân huỷ bởi các chủng vi sinh vật, vd: vi
khuẩn, nấm…. Những chất này là Các chất ở dạng hợp chất hữu cơ được tạo từ vi
sinh vật hoặc bởi sự tổng hợp hoá học (như halogenated hydrocarbons - những
hydrocarbon bị halogen hóa)
Sự phân huỷ những chất hữu cơ tổng hợp đòi hỏi hoạt động của 1 số chủng
VSV nhất định dưới các điều kiện đặc biệt. Cụm từ “under controlled
predominantly aerobic conditions”có 2 ý nghĩa: 1) là sự phân biệt sản xuất compost
SVTH: Trần Xuân Huy

9


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

với các quá trình phân huỷ sinh học ngẫu nhiên diễn ra trong tự nhiên (vd: bãi rác
hở, trong rừng, trên cánh đồng…). 2) phân biệt sản xuất compost với quá trình phân
hủy kị khí ( biogas). Tiêu chuẩn của sự “ổn định” là an toàn và lưu trữ không gây
mùi khó chịu. Tiêu chuẩn cho sự “trưởng thành” ( hoai mục hoàn toàn)” là định
hướng để sử dụng trong nông nghiệp.
3.2.2 Định nghĩa trên quan điểm sinh thái:
“Composting is a decomposition process in which the substrate is
progressively broken down by a succession of population of living organisms. The
breakdown products of one population serve as the subtrate for the succeeding
population. The succession is initiated by way of the breakdown of the complex
molecules in the raw substrate to simpler forms by microbes indigenous to the
substrate.”
“Sản phẩm compost là quá trình phân huỷ mà trong đó cơ chất liên tục bị
phân hủy bởi các quần thể VSV kế tục nhau. Sản phẩm của sự phân hủy của quần
thể VSV này sẽ làm cơ chất cho quần thể vi sinh vật tiếp theo. Các quá trình nối
tiếp nhau bắt đầu bằng cách phân hủy những phân tử phức tạp trong cơ chất thô
thành các dạng đơn giản hơn bởi các VK có sẵn trong cơ chất
3.3 SINH VẬT THỰC HIỆN CHUYỂN HÓA COMPOST
Các vi sinh vật ưa ấm, vi sinh vật chịu nhiệt như mesophilis và thermophilic
và nấm chiếm ưu thế trong tổ chức sinh vật trong suốt giai đoạn đầu và giai đoạn
hoạt động chuyển hóa tích cực (active stage – giai đoạn nhiệt độ cao) của quá trình
ủ compost. Có thể phân chia các VSV thành các nhóm theo hình thái của chúng là
“VK có hình thái đầy đủ” (“bacteria proper”) và “VK dạng sợi”. Thật ra, VK dạng
sợi đơn giản là VK bị “phân nhánh” , nó là 1 loại khuẩn tia.(Khuẩn tia là nhóm
VSV có tính chất trung gian giữa vi khuẩn và nấm. Chúng có hình dạng tương tự
như nấm nhưng với chiều rộng của tế bào từ 0,5 – 1,4  m, trong công nghiệp,
nhóm VSV này được sử dụng rộng rãi để sản xuất chất kháng sinh.) Thường thì
khuẩn tia không xuất hiện với số lượng lớn cho đến khi hết giai đoạn nhiệt độ cao
của quá trình ủ phân compost. Ngẫu nhiên cùng với sự xuất hiện của khuẩn tia là sự
biến mất nhanh chóng của cellulose và chất gỗ (lignin). Mặc dù một vài VK phân
giải Nito có thể có mặt, nhưng các điều kiện không cho phép phân giải nitơ.
SVTH: Trần Xuân Huy

10


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Sự bắt đầu cho giai đoạn ổn định của quá trình là sự xuất hiện của SV hoại
sinh. Nguồn dinh dưỡng cho SV hoại sinh là từ các VSV hoại sinh không hoạt động
khác và các chất thải đang phân hủy. Các dạng đầu tiên mới xuất hiện là các dạng
cực nhỏ (như paramecium – loài sinh vật đơn bào có lông mịn, amoeba - amip,
rotifer - phiêu sinh vật đa bào có khoang giả cực nhỏ). Dần dần, các dạng lớn hơn
như sên và trùng đất trở nên nhiều. Nằm trong số đó là Lumbricuse terestris, L.
rubellus, và Eisenia foetida. Khối lượng compost sẽ thay đổi khá lớn tại thời điểm
bắt đầu xuất hiện trùng đất. Dĩ nhiên, trùng đất vẫn có thể xuất hiện từ từ vào thời
gian trước đó, thậm chí ở gần đầu giai đoạn. Lợi ích tiềm tàng được xác nhận khi
sử dụng trùng đất trong sản xuất compost đã khuyến khích phương pháp sản xuất
compost sử dụng trùng đất “vermiculture”.
3.3.1 Phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất:
Khi nói đến phương pháp sản xuất compost sử
dụng trùng đất, cần phải luôn luôn ghi nhớ rằng:
trong sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất
compost luôn luôn có trùng đất, và sản phẩm cuối
cùng đó chính là chất bài tiết mà trùng đất thải ra sau
khi phân giải chất thải. Và đó cũng chính là “sản
phaåm compost”. Trong số các lợi ích được nêu của
“vermiculture” có những lợi ích sau đây: 1) giảm
Hình 3.1: Red
californian

kích thước hạt sản phẩm nhiều hơn, 2) sản phẩm
compost chất lượng cao hơn vì trong sản phẩm

compost có chất bài tiết của trùng đất rất giàu nitơ, 3) gia tăng sự trao đñoåi carbon
và dinh dưỡng nhờ tăng sự tương tác giữa các sinh vật hoại sinh lớn và nhỏ , và 4)
Sản phẩm bài tiết của trùng đất có chất lượng hơn hẳn sản phẩm compost truyền
thống
Không phải loài trùng đất nào cũng đều phù hợp để sản xuất compost (tạo ra
protein và chất bài tiết). Trong các loài trùng đất có thể giữ lại sản xuất compost,
loài thường dùng là loài được gọi là trùng đỏ californian “red californian”( Eisenia
foetida). Ban đầu, người ta chọn loại trùng này để tăng khối lượng cơ chất được sử
dụng và theo cách đó làm tăng lượng phân compost được tạo thành. Đáng tiếc, kết
SVTH: Trần Xuân Huy

11


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

quả của những cố gắng đó không tích cực lắm và các nỗ lực đã chuyển hướng sang
cải tiến khả năng sinh sản của chúng cũng như cố gắng làm tăng tuổi thọ của trùng.
Mỗi con trùng loài “californian” trưởng thành có chiều dài 6-8 cm, đường
kính 3 -4 mm. trọng lượng trung bình khoảng 1g. Thời gian sống có thể lên đến 6
năm.
Thành phần chính trong 1 con trùng là nước, nước chiếm 70 – 95% khối
lượng. Phần còn lại (khoảng 5 -30%) chủ yếu là protein. Sản phẩm compost làm từ
trùng có khối lượng khô cơ bản như sau: protein khoảng 53 – 72%, mỡ khoảng 1 –
17%, và chất khoáng là 9 – 23%.
Sản xuất compost bằng trùng đất có thể được tiến hành ở quy mô nhỏ. Một
module sản xuất cơ bản có khoảng 60000 con trùng, chúng sống trên diện tích có
chiều dài: 2m, rộng 1m, tạo thành 1 lớp phẳng. Cơ chất được phủ trên lớp trùng đất
với bề dày khoảng 15 – 25cm. Tùy thuộc điều kiện khí hậu, có thể dùng một mái
che đơn giản để bảo vệ lớp trùng đất. Cũng giống như nhiều quá trình sinh học
khác, trùng đất cần các điều kiện thuận lợi. Vì vậy, cần chăm sóc cẩn thận các lớp
trùng đất, cung cấp cho chúng các điều kiện tốt nhất, đặc biệt là nguồn dinh dưỡng,
độ ẩm (70 – 80%), và nhiệt độ ( 20 -25 o). Thêm vào đó, cần có 1 chế độ cho ăn
(thêm cơ chất ) nhất định cho lớp trùng đất để đảm bảo chúng tăng trưởng tốt nhất
và sự phân hủy diễn ra tối ưu.
Mặc dù trùng đất sinh ra trong quá trình chỉ là nguồn protein thấp, nhưng
chúng kiềm hãm phần lớn chất ô nhiễm kim loai nặng trong cơ chất. Lý do là trùng
có xu hướng giữ các chất ô nhiễm này trong mô của chúng.
Tính toán cho thấy một module cơ bản 60000 con trùng có thể sản xuất trên
800kg chất mùn trong
Mặc dù phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất xứng đáng được
đặc biệt lưu tâm đến, nhưng nó có những hạn chế rất nghiêm trọng và cần được
kiểm soát một cách chặt chẽ, đặc biệt trong các hệ thống quy mô lớn (nghĩa là lớn
hơn 10Mg/ngày). Hơn nữa, có những nơi sản xuất mà các điều kiện cần thiết cho
quá trình xử lý bằng trùng không thể đạt được. Ví dụ điều này có thể xảy ra ở các
hệ thống quy mô nhỏ khi xử lý các cơ chất tương đối đồng nhất.
3.3.2 VSV thêm vào để tăng tốc quá trình sản xuất compost
SVTH: Trần Xuân Huy

12


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Sử dụng “inoculums” trong sản xuất compost đã đặt ra nhiều nghi vấn hay
nói đúng hơn là phản đối. Rõ ràng, sử dụng inoculums là tương xứng với nhu cầu
bổ sung VSV nếu như không có đủ quần thể VSV và SV có sẵn trong cơ chất để
phân huỷ (làm compost) cơ chất Nét đặc trưng ở các chất thải dễ gặp trong sản xuất
compost là chúng thường có sẵn các quần thể vi sinh trong mỗi loại chất thải, và
việc thêm vào “inoculums” thì không cần thiết. Ngược lại, thêm “inoculums” sẽ có
lợi với các chất thải không có sẵn quần thể VSV hoặc có nhưng không đủ. Ví dụ
các chất thải như chất thải trong quá trình sản xuất dược phẩm, chất thải bị tiệt
trùng hay khử trùng, và chất thải có thành phần đồng nhất ( mùn cưa hoặc vỏ bào
gỗ, trấu, chất thải của dầu thô …)
Nếu xác định là có nhu cầu cần inoculums, thì phải nghiên cứu sản xuất 1
inoculums, trừ khi đã có sẵn inoculums thích hợp. Như sẽ được trình bày trong
thảo luận dưới đây, việc nghiên cứu sản xuất 1 inoculums là một nhiệm vụ khó
khăn, nó đòi hỏi tiến hành bởi 1 nhà vi sinh vật cực giỏicó những hiểu biết sâu sắc
về quá trình sản xuất compost.
Một khó khăn thật sự là trên thực tế việc sản xuất ra sản phẩm compost là 1
quá trình chuyển hóa được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên
tục, tuần tự tương tác với cơ chất. Muốn nghiên cứu sản xuất inoculums thì bước
đầu tiên phải nhận diện ra những nhóm VSV này, sau đó phải phác họa được vai
trò của từng nhóm sinh vật đã được nhận diện. Xác định chính xác VSV và tìm
hiểu được vai trò hợp lý của chúng là việc cực kỳ khó khăn khi các quần thể vi
khuẩn trong quá trình là hỗn hợp nhiều quần thể sinh vật khác nhau. Để đạt hiệu
quả, những sinh vật trong inoculum phải cạnh tranh thắng lợi với những sinh vật có
sẵn trong chất thải. Khả năng cạnh tranh của sinh vật được bổ sung vào sẽ bị ảnh
hưởng bất lợi nếu cứ cấy đi cấy lại nhóm VSV nhằm duy trì môi trường VSV đó.
Nói tóm lại, tình hình sử dụng inoculums không khả quan vì quần thể sinh
vật có sẵn trong chất thải quá phong phú, đó cũng là đặc điểm của hầu hết những
chất thải được bổ sung inoculums chuẩn bị sản xuất ra sản phẩm compost. Trước
khi được chấp nhận, xác nhận về inoculums phải được chứng minh là đúng bằng
cách làm thí nghiệm 1 cách khách quan hoặc xây dựng mô hình trình diễn. Hơn

SVTH: Trần Xuân Huy

13


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

nữa, cần chú ý rằng, thông thường, những chủng sinh vật thêm vào không cạnh
tranh tốt dưới điều kiện sản xuất thực tế .
Nếu cần bổ sung 1 inoculum hoặc thêm VSV , có thể sử dụng phân ngựa đã
phân hủy, thành phẩm compost , hoặc 1 loại đất mùn màu mỡ . Tất cả 3 vật liệu vừa
nêu đều có chứa 1 hệ vi sinh vật rất phong phú. 1 hình thức bổ sung “inoculums”
thường được sử dụng trong thực tế làm compost là: tuần hoàn, bổ sung trở lại 1
phần thành phẩm compost “mass inoculation”, nghĩa là, thêm sản phẩm compost
vào nguyên liệu đầu vào. Ngoài khả năng có thể cải tiến kết cấu của chất thải đầu
vào, “mass inoculation” có hiệu quả hay không vẫn còn chưa chắc chắn.
3.4 CÁC YẾU TỐ CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT COMPOST:
Ngoài sự có mặt của những sinh vật cần thiết, những yếu tố chính ảnh hưởng
lên quá trình sản xuất compost có thể được nhóm thành 03 nhóm chính là: nhóm
những yếu tố dinh dưỡng, môi trường và vận hành. Tầm quan trọng tương đối của
mỗi một loại yếu tố được xác định bằng quan hệ của nó đối với sự sinh trưởng và
hoạt động của những sinh vật chủ yếu (then chốt) trong quá trình. Những sinh vật
quan trọng này quyết định tốc độ và quy mô của việc sản xuất ra sản phẩm
compost, bởi vì chúng có hệ enzym phức tạp để cho phép chúng tấn công, phân
giải, và sử dụng chất hữu cơ trong rác thải tươi (thô). Những sinh vật khác chỉ có
thể sử dụng những sản phẩm đã bị phân hủy (sản phẩm trung gian). Do đó, sản xuất
ra sản phẩm compost từ chất thải là kết quả của những hoạt động – như đã nói tới ở
phần trước – được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên tục, tuần tự
tương tác với cơ chất Nói ngắn gọn, các nhóm sinh vật cứ lần lượt chuẩn bị điều
kiện cho các nhóm tiếp sau.
3.4.1 Các yếu tố dinh dưỡng:
Nguồn dinh dưỡng nhất định trong chất thải chỉ được các vi khuẩn sử dụng
nếu có sẵn Tính “có sẵn” thể hiện dưới 2 mặt – gọi là hoá học và vật lý. Một chất
dinh dưỡng được gọi là “có sẵn” về mặt hóa học đối với 1 loại vi khuẩn hoặc 1
nhóm vi khuẩn nếu nó là 1 phần của phân tử cho phép dễ dàng bị 1 loại hay nhiều
loại VK tấn công. Thông thường sự tấn công ,có nghĩa là sự bẻ gãy chất hữu cơ hay
phân hủy, được thực hiện bởi enzym mà VK có hoặc có khả năng tổng hợp. Tính
“có sẵn” về mặt vật lý có nghĩa là khả năng VK có thể tiếp cận. Nó phụ thuộc vào
SVTH: Trần Xuân Huy

14


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

tỷ lệ khối lượng hoặc thể tích trên diện tích bề mặt hạt rác thải, những đại lượng
này phụ thuộc vào kích cỡ hạt chất thải.
3.4.1.1 Nguyên tố đa lượng và vi lượng:
Những chất dinh dưỡng có thể được phân thành 2 loại: “đa lượng” và “vi
lượng”. Các nguyên tố đa lượng bao gồm: C, N, P, Ca và K. Tuy nhiên, hàm lượng
Ca và K cần thiết thì thấp hơn nhiều so với C, N và P. Bởi vì chúng chỉ cần hiện
diện với hàm lượng “vết”, chúng thường được gọi là “nguyên tố vết không thể
thiếu” Trong thực tế, hầu hết chúng trở nên độc nếu nồng độ vượt quá vết. Nằm
trong số những nguyên tố vết không thể thiếu còn có Mg, Mn, Co, Fe, S. Hầu hết
những nguyên tố dạng vết có vai trò trong việc trao đổi tế bào chất.
Cơ chất là nguồn gốc cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi
lượng cần thiết. Cho dù có sự bất ổn định trong quá trình hoạt động, nhưng trong
thực tế, muốn có lợi ích bắt buộc phần lớn hoặc tất cả cơ chất của quá trình sản
xuất compost phải là chất thải. Sự bất ổn định được đề cập đến ở đây có nguyên
nhân là do giữa các nguyên liệu khác nhau có những dị biệt về sự “sẵn có” 1 số
chất dinh dưỡng đối với vi khuẩn. Những dị biệt về sự “sẵn có”, đến lượt nó, lại
phụ thuộc vào sự chênh lệch độ bền giữa các phân tử hữu cơ trước sự tấn công của
vi khuẩn. Và sự chênh lệch độ bền là nguyên nhân dẫn tới những khác biệt về tốc
độ quá trình. Ví dụ những vật liệu có độ bền cao là lignin (gỗ) và chitin (lông vũ,
động vật có vỏ cứng) và vài dạng xenlulô.
3.4.1.2 Tỷ lệ C:N (carbon/nitơ)
Tỷ lệ C:N là hệ số dinh dưỡng chính. Dựa trên nhu cầu carbon và nitơ tương
đối cho sự phát triển của tế bào, tỷ lệ trên lý thuyết là 25:1. Tỷ lệ này nhấn mạnh
chủ yếu vào lượng carbon; bởi vì trong sự trao đổi chất của vi khuẩn và tổng hợp tế
bào chất, lượng Carbon được sử dụng nhiều hơn Nitơ. Theo đó, lượng C không chỉ
được sử dụng trong sự hình thành thành tế bào hay màng tế bào, chất nguyên sinh,
và tổng hợp các sản phẩm để lưu trữ, mà phần lớn chúng được ôxy hóa tạo ra CO 2
trong quá trình trao đổi chất. Ngược lại, N chỉ được sử dụng như 1 chất dinh
dưỡng , được gọi là thành phần thiết yếu của nguyên sinh chất. Do đó, quá trình
chuyển hóa cần nhiều C hơn so với N Trong quản lý chất thải, tỷ lệ C:N biến động
rất lớn. Nói chung, tỷ lệ này lớn hơn tỷ lệ 8-10 oC “có sẵn”: 1N “có sẵn” (cần ghi
SVTH: Trần Xuân Huy

15


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

chú sự nhấn mạnh ở chỗ “có sẵn”). Trong thực tiễn sản xuất compost, tỷ lệ này vào
khoảng 20:1 đến 25:1. Theo kinh nghiệm chung, nếu tỷ lệ C:N vượt quá giới hạn
vừa nêu, tốc độ phân hủy sẽ bị chậm lại. Ngược lại, nếu tỷ lệ thấp hơn 20:1, N có
khả năng bị thất thoát. Lý do thất thoát N bởi vì N dư chuyển hóa thành N trong
NH3. Giai đoạn chuyển hóa tích cực (active stage) trong sản xuất compost có đặc
điểm là nồng độ pH và nhiệt độ khá cao, đặc điểm này có thể gây ra sự bay hơi của
NH3.
Ở 1 nước đang phát triển, tỷ lệ C:N không thuận lợi, cao có thể được hạ
thấp xuống bằng cách bổ sung thêm chất thải có nhiều nitơ vào nguyên liệu đầu
vào. Nếu khả năng kinh tế cho phép, có thể hạ tỷ lệ C:N bằng cách thêm phân bón
N hóa học, như phân urê, hay amôni sunphát (NH4)2SO4. Trái lại, chất thải có nhiều
C có thể được sử dụng để nâng tỷ lệ C:N thấp. Nồng độ N và tỷ lệ C:N trong các
loại rác thải và chất thải khác nhau được liệt kê trong bảng dưới.
3.4.1.3 Phân tích C và N
Trong những phương pháp phân tích hữu ích để xác định lượng N, phương
pháp Kjeldahl tiêu chuẩn vẫn luôn là phương pháp vừa thực tiễn vừa có chất
lượng.
Xác định lượng C rất khó khăn ở những nước đang phát triển bởi vì nó cần
được trang bị thiết bị phân tích đắt tiền và người phân tích cũng cần có kỹ năng
chuyên môn cao. Để có được mẫu đại diện trong phạm vi nghiên cứu do các
phương pháp phân tích hiện nay đề xuất, rất hẹp và là công việc hết sức khó khăn,
nhất là khi với lượng chất thải hỗn tạp như chất thải rắn.
Phương pháp “Stop-gap” (tạm gọi là “lấp đầy khoảng trống”) thích hợp với
sản xuất compost trong quản lý chất thải rắn được dùng để tính toán hàm lượng C
dựa trên một công thức phát hiện vào 1950 .Công thức như sau:
100% ash
%Cacbon 
1,8

Bảng 3.1: Hàm lượng N và tỷ lệ C:N có trong những loại rác thải và chất thải
Chất thải
Bùn hoạt tính
SVTH: Trần Xuân Huy

Hàm lượng N
5
16

Tỷ lệ C:N
6


FUMEE CO.,LTD fumee.vn
Máu
Phân bò
Bùn đã phân hủy
Mỡ cá, bã cá
Rác trái cây
Cỏ bị xén
Phân ngựa
Cỏ hỗn hợp
Phân bắc
Rác rau củ, không kể các
loại rau đậu
Phân heo
Thân, lá khoai tây
Phân gia cầm
Bùn tươi
Mùn cưa
Rơm, yến mạch
Rơm, lúa mì
Nước tiểu

10 – 14
1.7
2–6
6.5 – 10
1.5
3–6
2.3
214
5.5 – 6.5
2.5 – 4

3.0
18
4 – 28
5.1
34.8
12 – 15
25
19
6 – 10
11 – 12

3.8
1.5
6.3
4–7
0.1
1.1
0.3 – 0.5
15 – 18

4 – 19
25
15
11
200 – 500
48
128 – 150
0.8

Theo bảng báo cáo những giá trị xác định bằng công thức nằm trong khoảng
2% - 10% các giá trị thu được trong phòng thí nghiệm.
Trong trường hợp không phân tích được C và N , người ta có thể đưa ra 1
giả định khả thi dựa trên thành phần cơ chất. Giả định là nếu tỷ lệ thể tích chất thải
thô (loại rác thực phẩm trong quá trình chuẩn bị nấu ăn, hay trong quá trình chuẩn
bị những thứ để nấu ăn, hay các loại phân tươi) màu xanh (hay tính theo màu) đối
với chất thải khô, không xanh dao động trong khoảng 1 – 4, tỷ lệ C:N sẽ thuộc
phạm vi “cho phép”.
3.4.1.4 Kích cỡ hạt:
Kích thước các hạt trong chất thải là yếu tố có liên quan đến dinh dưỡng,
bởi vì chất thải là cơ chất trong quá trình sản xuất compost và cơ chất lại chính là
nguồn dinh dưỡng. Sự liên quan đến dinh dưỡng là do bởi ảnh hưởng của kích cở
của mỗi hạt trên tính “sẵn có” về mặt vật lý của chất dinh dưỡng, nghĩa là, khả năng
tiếp cận chất dinh dưỡng. Như đã trình bày trước đây, kích cỡ hạt quyết định tỷ lệ
khối được phô bày thành bề mặt “mass-to-surface” và, do đó, quyết định khối hạt
tiếp xúc trực tiếp với sự tấn công của VSV. Bởi vì tỷ lệ này càng tăng khi kích
thước hạt càng nhỏ, tốc độ phân huỷ ( tốc độ sản xuất compost) theo lý thuyết sẽ
tăng khi kích cỡ hạt càng nhỏ. Tuy nhiên, tăng tính theo lý thuyết không phải lúc
nào cũng là hiện thực trong thực tế. Thất bại có thể do 1 hay nhiều yếu tố. Ví dụ
SVTH: Trần Xuân Huy

17


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

như bản chất vật lý của cơ chất có thể làm hạn chế kích thước cho phép tối thiểu.
Người ta định nghĩa “kích thước cho phép tối thiểu” là kích thước nhỏ nhất cho
phép mà nếu nhỏ hơn nữa sẽ ảnh hưởng có hại đến quá trình compost. Cuối cùng,
tiêu chuẩn để xác định kích thước cho phép tối thiểu là với kích thước hạt đó có
thể tạo thành cơ chất có trạng thái xốp vừa đủ có khả năng chịu đựng áp lực thông
khí cần thiết.
Độ xốp phụ thuộc phần lớn vào sức bền của cấu trúc của chất liệu hạt.
Nguyên vật liệu có cấu trúc chắc, khỏe, chịu được lực nén ép như gỗ, rơm, và giấy,
giữ được độ xốp cao với kích thước hạt rất nhỏ. Những chất thải nêu trên có kích
cỡ hạt thích hợp khoảng 1,5 đến 7 cm. Kích thước hạt phù hợp đối với gỗ dạng dăm
bào có độ dày khoảng 1cm và có chiều rộng khoảng từ 2 tới 5 cm. Những chất thải
có nguồn gốc từ sợi và do cắt tỉa cây cối (rác vườn) có kích thước thích hợp từ 5
tới 10 cm. Nếu những nhánh cây và cành cây con có đường kính nhỏ hơn 1 cm thì
kính thước hạt có thể lớn hơn. Kích thước hat cho phép tối thiểu đối với những loại
rác mềm có xu hướng lớn hơn bởi vì những hạt vật liệu mềm có kích cỡ nhỏ quá
mức cho phép có khuynh hướng kết lại thành một khối vô định hình đến mức rất ít
lỗ xốp hoặc thậm chí không có lỗ xốp nào. Như vậy, kích cỡ cho phép tối thiểu của
rác thực vật tươi, rác thải rau quả và rác nhà bếp có thể to khoảng 15cm và thậm chí
có thể lớn hơn với những loại rác khác mềm hơn Những chất thải xanh tươi như
rau diếp và trái cây chín mùi (như đu đủ và xoài) có thể không cần giảm kích
thước hoặc nếu có là rất ít
Nếu không trộn lẫn với các vật liệu lót đáy đủ loại, phân động vật không cần
giảm kích cỡ. Trong trường hợp giảm kích thước, bất kỳ sự giảm kích thước nào
cũng cần phải quyết định dựa trên đặc trưng của lớp vật chất lót đáy.
Trong một nước đang phát triển, kinh tế và kỹ thuật là những trở lực ngăn
cản việc tiến hành giảm kích thước rác thải trong sản xuất compost. Sự giảm kích
cỡ luôn luôn được tiến hành với một thiết bị cắt hoăc máy xay nghiền, đó thường
là thiết bị lớn và đắt tiền .Vì thế có thể chọn giải pháp khác cho việc cắt giảm kích
thước, đó là đảo trộn vật liệu để làm cho chúng gãy vỡ, bị rách, bị dập một cách
tương đối .Đảo trộn có thể được thực hiện với trống quay hoặc thùng quay..
3.4.2 Những yếu tố Môi Trường
SVTH: Trần Xuân Huy

18


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Những yếu tố môi trường chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình sản xuất
compost là nhiệt độ, nồng độ pH, độ ẩm, và độ thông khí. Ý nghĩa của các yếu tố
môi trường đối với quá trình sản xuất compost là chúng – có thể là từng yêu tố hoặc
nhiều yếu tố kết hợp lại - quyết định tốc độ và mức độ phân hủy. Theo đó, tốc độ
và mức độ phân hủy tương ứng với mức độ trong đó mỗi yếu tố dinh dưỡng và yếu
tố môi trường đều tiến dần tới sự tối ưu.
Nếu khiếm khuyết một yếu tố bất kỳ nào đó sẽ hạn chế tốc độ và mức độ
phân hủy – có thể nói một cách khác , yếu tố bị khiếm khuyết chính là yếu tố làm
hạn chế quá trình. Cần hết sức lưu tâm ghi nhớ rằng yếu tố cuối cùng làm hạn chế
quá trình sản xuất compost là yếu tố tạo nên các quần thể vi sinh vật khác nhau
thuộc về di truyền.
3.4.2.1 Nhiệt độ
Mặt dù có những lập luận rất thuyết phục nói về sự thuận lợi của quá trình
sản xuất compost ở khoảng nhiệt độ thermophilic và mesophilic trong việc sản xuất
ra sản phẩm compost, nhưng vẫn còn rất nhiếu nghi vấn vẫn đang được tranh cãi về
quá trình sản xuất compost.
Lý do là trong quá trình sản xuất compost bình thường ,quá trình bắt đầu từ
nhiệt độ thường khoảng nhiệt độ mesophilic), tăng nhiệt độ từ từ và đạt tới khoảng
nhiệt độ thermophilic, sau đó lại giảm xuống khoảng nhiệt độ mesophilic. Quá
trinh sản xuất compost nào cũng tăng và giảm nhiệt độ như vậy trừ khi tiến hành
biện pháp ngăn chận nào đó.
Nếu nhiệt độ trên 650C quá trình sản xuất compost hầu như sẽ bị ảnh hưởng
xấu 1 cách nghiêm trọng. Lý do là vi sinh vật hình thành bào tử tại mức nhiệt độ
cao hơn 650C. Trừ khi chúng là VSV hoạt động trong khoảng nhiệt độ
thermophilic, nếu không chúng sẽ rơi vào giai đoạn nghỉ hoăc chết . Vì vậy phương
pháp sản xuất compost hiện nay sử dụng quy trình vận hành được thiết kế tránh
nhiệt độ cao hơn 600C.
3.4.2.2 Độ pH
Độ pH của khối ủ thông thường thay đổi theo thời gian, như biểu diễn trên
đường cong trong hình dưới. Như trên hình biểu diễn, vào giai đoạn đầu của quá
trình sản xuất compost, độ pH thường bị giảm xuống , tuy nhiên chẳng bao lâu sau
SVTH: Trần Xuân Huy

19


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

nó bất đầu tăng lên đến pH cao như pH = 9. Sở dĩ ban đầu pH giảm xuống là do
những phản ứng tạo thành acid hữu cơ, những acid này sẽ đóng vai trò là cơ chất
cho quần thể vi sinh vật kế tiếp.
Đường biểu diễn độ pH sau đó tăng lên tương ứng với việc VSV sử dụng
những acid vừa sinh ra trong giai đoạn trước .
Bởi vì độ pH tối thiểu trong giai đoạn giảm xuống ban đầu không gây ức
chế đối với hầu hết các loài VSV, không cần thiết phải có chất đệm và nếu có thậm
chí nó có thể còn gây hệ quả bất lợi .
Ví dụ, để nâng pH, người ta dùng nước vôi trong Ca(OH) 2, việc này có thể
dẫn đến sự thất thoát N dưới dạng NH3-N tại nhiệt độ tương đối cao .
Hơn nữa một vài nhà nghiên cứu báo cáo rằng có thể thêm vôi vào quá trình
sản xuất compost từ rác thải trái cây, bởi vì trong giai đoạn đầu, độ pH thường giảm
xuống đột ngột hơn.

SVTH: Trần Xuân Huy

20


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Hình 3.3: Sự biến đổi của pH biểu diễn theo thời gian trong quá trình sản xuất
compost
3.4.2.3 Yếu tố độ ẩm
Một đặc điểm quan trọng của việc sản xuất compost từ rác thải đô thị là mối
quan hệ mật thiết giữa độ ẩm và sự thông khí, đặc biệt là trong quá trình sản xuất
compost theo phương pháp đánh luống (windrow composting). Cơ sở của mối quan
hệ này dựa trên thực tế là nguồn oxy chủ yếu cần cung cấp cho quần thể vi khuẩn
là không khí giữ lại trong những khe hở giữa những hạt chất thải. Việc khuếch tán
oxy trong không khí vào bên trong khối chất thải để thỏa mãn nhu cầu oxy của vi
sinh vật là không quan trọng lắm . Bởi vì trong các khe hở giữa những hạt chất thải
còn chứa độ ẩm tự do trong khối ủ, giữa độ ẩm và oxy có sẵn phải có một sự cân
bằng . Để tiện sử dụng, sự cân bằng này có thể được gọi tên là “độ ẩm cho phép”.
Theo đó nó sẽ ở mức mà nếu cao hơn nữa sự thiếu oxy sẽ diễn ra và tình trạng kỵ
khí sẽ bắt đầu phát triển
Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép”
có yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất . “Khả năng
chịu lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay
không trước sự biến dạng và lực nén
Yếu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương pháp
sản xuất compost sử dụng thùng kín để tiến hành quá trình (in-vessel compost
system), trong đó chất thải bị đảo trộn gần như liên tục bằng máy. Tuy nhiên trong
những hệ thống đó, ngoài sự hạn hẹp của các khoảng hở giữa các hạt, còn có những
yếu tố khác làm ảnh hưởng đến ngưỡng trên của “độ ẩm cho phép”. Sự thu hẹp dần
các khoảng hở giữa các hạt là khuynh hướng chung của vật liệu dính kết lại với
nhau tạo thành khối tròn. Khuynh hướng này phát triển từ từ cho tới khi toàn bộ
khối vật liệu chuyển sang dạng bùn nhão (slurry). Phạm vi độ ẩm tại thời điểm này
trùng khớp với mức độ ẩm cao nhất cho phép.
Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép”
có yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất . “Khả năng
chịu lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng hay
không trước sự biến dạng và lực nén
SVTH: Trần Xuân Huy

21


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Hình 3.4: Biểu diễn mối quan hệ giữa độ ẩm và không khí (nghĩa là oxy)
Yếu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương pháp
sản xuất compost sử dụng thùng kín để tiến hành quá trình (in-vessel compost
system), trong đó chất thải bị đảo trộn gần như liên tục bằng máy. Tuy nhiên trong
những hệ thống đó, ngoài sự hạn hẹp của các khoảng hở giữa các hạt, còn có những
yếu tố khác làm ảnh hưởng đến ngưỡng trên của “độ ẩm cho phép”. Sự thu hẹp dần
các khoảng hở giữa các hạt là khuynh hướng chung của vật liệu dính kết lại với
nhau tạo thành khối tròn. Khuynh hướng này phát triển từ từ cho tới khi toàn bộ
khối vật liệu chuyển sang dạng bùn nhão (slurry). Phạm vi độ ẩm tại thời điểm này
trùng khớp với mức độ ẩm cao nhất cho phép.
Tầm quan trọng của việc giữ độ ẩm của cơ chất trên 40% đến 45% thường bị
coi nhẹ trong quá trình sản xuất compost. Điều này thực chất rất quan trọng bởi vì
độ ẩm thấp hơn sẽ kìm hãm hoạt động của vi khuẩn và tất cả vi khuẩn ngừng hoạt
động tại độ ẩm 12%
3.4.3 Sự thông khí
Sản xuất compost kỵ khí so với hiếu khí

SVTH: Trần Xuân Huy

22


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Thoạt đầu, sản xuất compost kỵ khí được xem là 1 giải pháp khả thi có thể
thay thế cho sản xuất compost hiếu khívà người ta đã đưa ra nhiều lập luận mạnh
mẽ bênh vực cho nó .Một trong những lý lẽ đó là khả năng có thể giảm thiểu sự
thất thoát N , một lý lẽ khác là có thể kiểm soát khí thoát ra tốt hơn . Thực tế là
những ưu điểm này chưa bao giờ có vẻ sẽ trở thành hiện thực. Thậm chí khi những
ưu điểm này ở thành sự thật đi nữa, chúng không đủ để bù cho những nhược điểm
trong hoạt động của quá trình kỵ khí. Những nghi ngờ về sự hiệu quả của quá trình
sản xuất compost kỵ khí ngày càng nhiều và vào khoảng những năm cuối của thập
niên 1960, sản xuất compost kỵ khí được xem là một giải pháp không được chấp
nhận. Gần đây, đã có xu hướng xem sản xuất compost là một quá trình hoàn toàn
hiếu khí . Tuy nhiên hiện mọi người cũng đang bắt đầu thừa nhận trong quá trình
sản xuất compost, một giai đoạn kỵ khí ngắn hạn là cần thiết để phân hủy
halogenated hydrocarbons. Giai đoạn kỵ khí ngắn hạn ngoài tác dụng trên còn có
thể kết hợp làm giảm N thất thoát xứng đáng được đặc biệt lưu tâm.
So sánh với phương pháp sản xuất compost kỵ khí, phương pháp sản xuất
compost hiếu khí có rất nhiều ưu điểm, trong đó có:
Sự phân huỷ xảy ra nhanh hơn.
Nhiệt độ cao đủ để làm chết những mầm bệnh.
Số lượng và nồng độ khí hôi thối giảm mạnh.
Mùi khó chịu là vấn đề không thể tránh trong xử lý và thải bỏ chất thải. Để
cải thiện đáng kể nồng độ và sự tập trung mùi trong sản xuất compost hiếu khí cần
cung cấp đủ nhu cầu Oxi cho quần thể vi khuẩn hoạt động bằng cách sử dụng quy
trình thông khí thích hợp. Khí sinh ra có thể được kiểm soát bằng cách thu khí từ
khối ủ compost do quá trình phân hủy và xử lý chúng bằng hệ thống xử lý hoá học
hay sinh học, nhờ vậy mùi hôi khó chịu sẽ giảm.
a. Tốc độ thông khí
Tốc độ thông khí sao cho khối compost duy trì hiếu khí (nghĩa là đáp
ứng nhu cầu oxy của vi khuẩn) phụ thuộc bản chất và cấu trúc của các thành phần
cuả rác thải và tùy thuộc vào phương pháp thông khí.
VD: nhu cầu Oxi của 1 quần thể vi khuẩn lớn và hoạt động nhiều,
trong quá trình sản xuất compost chất thải dễ phân huỷ hiển nhiên sẽ lớn hơn nhu
SVTH: Trần Xuân Huy

23


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

cầu Oxi của quần thể vi khuẩn thưa thớt và ít hoạt động hơn trong sản xuất
compost nguyên vật liệu khó phân hủy.
Tính toán chính xác tốc độ thông khí thích hợp cho mỗi trường hợp
là 1 việc khó khăn. Khó khăn nảy sinh từ vấn đề là có rất ít số liệu thực sử dụng kỹ
thuật và trang thiết bị phù hợp với thực tế . Trong tài liệu có quá nhiều dữ liệu, điều
đó được chứng minh bằng kết quả của những cuộc điều tra trình bày ở dưới.
Một trong những khảo sát đầu tiên là O 2 thổi khí theo nhiều tốc độ
khác nhau vào trống quay, sau đó đo nồng độ Oxy trong dòng khí thoát ra. Mặc dầu
những điều kiện thực nghiệm không tính toán chính xác tổng nhu cầu Oxi cần thiết
cho nguyên liệu, nhưng kết quả thực nghiệm xác định được tốc độ tiêu thụ O 2 . Tỷ
lệ hô hấp được tìm thấy là 1 (nghĩa là CO2 sinh ra: O2 tiêu thụ = 1).
Trong 1 giai đoạn khác trong cùng khảo sát trên, các nhà nghiên cứu
tập trung xác định mối quan hệ giữa sự tiêu thụ O 2 với các yếu tố môi trường chủ
yếu. Một trong những phát hiện không mấy ngạc nhiên là tốc độ tiêu thụ O2 tăng lên
tương quan với yếu tố tiến dần tới mức tối ưu .
Dựa vào Những kết quả thu được từ nghiên cứu điều tra, và 1 số khảo
sát khác, tốc độ thông O2 được chứng minh phụ thuộc vào cường độ hoạt động của
vi khuẩn. Khi đó tốc độ thông khí sẽ giảm khi độ ổn định cuả compost tăng lên,
nghĩa là compost đã “trưởng thành”.
b. Dự đoán nhu cầu ôxy cần thiết
Nhu cầu Oxi cần thiết không thể dự đoán 1 cách chính xác nếu chỉ dựa trên
số lượng Cacbon bị Oxi hoá. Lý do là vì 1 phần Cacbon bị chuyển hóa thành tế bào
chất, còn 1 số khác có cấu tạo bền đến mức vi khuẩn không thể phân giải chúng.
Khi thiết kế sơ bộ 1 hệ thống sản xuất compost trong thùng kín (in-vessel system)
và 1 hệ thống sản xuất compost dạng đánh luống sử dụng khí cưỡng bức (forced-air
windrow system), người ta có thể giả định tốc độ khí nạp vào là 530 đến 620
m3/Mg rác thải. Tốc độ thông khí trong thiết kế cuối cùng nên lấy cơ sở từ lượng
Oxi tiêu thụ, và được tính toán bằng những thí nghiệm lúc đầu với rác thải sẽ sản
xuất compost là cơ chất. Với hệ thống đánh luống đảo trộn (turining windrow
system), thông số cần xác định là tần số đảo trộn. Biểu đồ nồng độ O 2 biểu diễn
theo độ sâu của luống được đảo trộn có thể lấy từ hình
SVTH: Trần Xuân Huy

24


FUMEE CO.,LTD fumee.vn

Hình 3.5: Lượng oxy cung cấp
Trong thực nghiệm và trong vấn đề thiết kế trình bày sau này, cần
luôn luôn ghi nhớ mùi khó chịu tỏa ra từ khối compost không nhất thiết là kết quả
tất yếu cuả quá trình phân huỷ kỵ khí. Trên thực tế, những sản phẩm phân huỷ trung
gian và bản thân các cơ chất cũng có thể có mùi khó chịu. Ngoài ra, cho dù có thể
loại bỏ hoàn toàn mùi hôi, khối compost lớn hơn 1m3 có thể không khả thi về kỹ
thuật và kinh tế.
3.4.4 Các thông số vận hành
3.4.4.1. Giám sát quá trình sản xuất compost.
Để phát triển 1 chương trình giám sát sản xuất compost hiệu quả, cần phải
xác định và đánh giá các thông số vận hành thích hợp, và các mối quan hệ cuả
chúng lên quá trình sản xuất Compost Dựa trên những kiến thức chuyên môn sâu
sắc về trình tự của các tình huống diễn ra trong suốt quá trình sản xuất compost
trong điều kiện tất cả các điều kiện đều được thỏa mãn, các thông tin về thông số
vận hành và mối quan hệ của chúng có thể được xác định và được thông hiểu tường
tận. Trong quá trình sản xuất compost, có một số điểm bộc lộ vai trò này và chúng
được xem là đại lượng giúp giám sát hoạt động của hệ thống sản xuất compost. 3
điểm đáng chú ý đó là: 1) Sự thay đổi nhiệt độ( tăng hay giảm). 2) Sự biến đổi các
tính chất vật lý ( mùi, hình thức, cấu trúc ). 3) Sự phân huỷ các chất rắn dễ bay hơi.
Sự thay đổi nhiệt độ cơ bản là một thông số phụ thuộc vào thời gian được
trình bày ở biểu đồ hình 1.4. Được thể hiện bằng đường cong trên biểu đồ, nhiệt độ
của nguyên liệu đưa vào sản xuất compost, sau 1 thời gian rất ngắn, bắt đầu tăng
SVTH: Trần Xuân Huy

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×