nghiên cứu sử dụng nấm phanerochaete chrysosporium phân hủy chất thải rắn hữu cơ làm compost

Các loại rác thải sinh hoạt của thành phố Hồ Chí Minhchủ yếu được chôn lấp tại các bãi rác như bãi rác Đông Thạnh, Phước Hiệp, Gò Cát…nhưng các bãi rác này hiện nay đang ngày một quá tải

Chương 1:

MỞ ĐẦU

1.1 Sự cần thiết của đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 19 quận và 5 huyện, tổng diện tích 2.095,01km² Vào năm 2006, thành phố có dân số 6.424.519 người Cùng với sự phát triểnkinh tế, kéo theo đó là hàng loạt các vấn đề về ô nhiễm môi trường Mỗi ngày tạithành phố Hồ Chí Minh có trên 6.000 tấn rác thải sinh hoạt được thải ra môi trường.Vấn đề rác thải hiện nay đang là vấn đề báo động đối với thành phố Hồ Chí Minhnói riêng và cả nước nói chung Các loại rác thải sinh hoạt hiện nay chủ yếu đượcđem chôn lấp, chỉ số ít được xử lý, vì vậy đã gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm và ônhiễm không khí trầm trọng Các loại rác thải sinh hoạt của thành phố Hồ Chí Minhchủ yếu được chôn lấp tại các bãi rác như bãi rác Đông Thạnh, Phước Hiệp, Gò Cát…nhưng các bãi rác này hiện nay đang ngày một quá tải và hàng loạt vấn đề kéo theonhư phát thải khí metan, nước rỉ và đặc biệt là mùi, đây là kết quả của việc phân hủytự nhiên các chất hữu cơ có trong rác thải Vì vậy, vấn đề đặt ra hiện nay là phải cóbiện pháp xử lý rác thải hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rácthải thành các sản phẩm có giá trị kinh tế

Đã có nhiều biện pháp được đưa ra như phun thuốc hóa học, đem đốt, cho vàothùng và bỏ xuống đáy biển… Tuy nhiên các phương pháp này rất tốn kém và đặcbiệt ảnh hưởng xấu đến môi trường Biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay đểxử lý rác thải sinh hoạt là sử dụng phương pháp phân hủy sinh học, vì thành phầnchủ yếu trong rác thải sinh hoạt chiếm 65 – 90% là thành phần hữu cơ Sử dụngphương pháp sinh học ít tốn kém, không gây ô nhiễm môi trường và nhất là phù hợpvới các qui luật tự nhiên, có thể tái sử dụng và tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế

Vì vậy, cần phải xem rác thải như một nguồn tài nguyên cần được khai thácchứ rác không phải là thứ bỏ đi Rác thải là nguồn tài nguyên quý giá và vô tận khichúng ta biết tận dụng nó đúng cách Bằng các phương pháp sinh học, rác thải sẽđược xử lý thành nguồn phân bón có giá trị Hiện nay, có 2 phương pháp ủ rác thảithông qua VSV phổ biến nhất là ủ hiếu khí và ủ kỵ khí.

Phương pháp ủ hiếu khí là rác thải bị phân hủy bởi VSV trong điều kiện có oxy,sinh ra khí cacbonic, hơi nước và nhiệt Sản phẩm ổn định sẽ làm phân bón cho nôngnghiệp

Phương pháp ủ kỵ khí là rác thải bị VSV phân hủy trong điều kiện không cóoxy, sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí chủ yếu là khí metan, khícacbonic, sản phẩm trung gian giữa axit hữu cơ và rượu Khí mêtan sinh ra có thể thuhồi, sử dụng làm nguồn năng lượng chất đốt Quá trình phân hủy kỵ khí còn có sảnphẩm phụ là cặn Vì vậy cần phải xử lý cặn

Như vậy, sử dụng phương pháp ủ hiếu khí đơn giản hơn, dễ làm nhưng khôngthu hồi được năng lượng sinh ra như phương pháp ủ kỵ khí Phương pháp này phù hợpvới những nơi điều kiện kinh tế chưa phát triển, phù hợp với các nước đang và chậmphát triển, trong đó có Việt Nam, còn phương pháp ủ kỵ khí khó làm hơn, cần chi phíđầu tư xây dựng mới có thể làm được, nhưng lại thu hồi được lượng metan làm nguồnnăng lượng chất đốt, phương pháp này phổ biến ở các nước phát triển phương tây.Đề tài đã chọn phương pháp ủ hiếu khí vì nó thích hợp với điều kiện thực tế ởnước ta, dễ làm, đơn giản Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp chônlấp hiện nay là là giảm phát thải khí mêtan, một trong những tác nhân gây ô nhiễmkhông khí

Vấn đề đặt ra ở đây là phải phân loại rác, chủ yếu rác thải sinh hoạt hiện naychưa được phân loại tại nguồn, gây khó khăn cho quá trình ủ Vì vậy trước khi đem

ủ, cần băm rác nhỏ, tách lựa các chất vô cơ như túi nilon, gỗ lớn, sắt, nhựa…

1.2 Mục đích của đề tài:

Mục đích của đề tài là nghiên cứu sử dụng chủng VSV Phanerochaete chrysosporium, kết hợp xạ khuẩn và nấm Trichoderma phân hủy chất thải rắn hữu

cơ làm compost Đánh giá hiệu quả và tốc độ phân hủy so với không bổ sung VSV

Đo hàm lượng các chất dinh dưỡng trong sản phẩm, bổ sung dinh dưỡng N, P, Kđể tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ vi sinh đạt tiêu chuẩn 10TCN 526-2002 của bộnông nghiệp phát triển nông thôn hiện nay và có thể đem bán ra thị trường

1.3 Giới hạn của đề tài

Đề tài chỉ tập trung vào qui trình công nghệ để sản xuất compost, các yếu tốảnh hưởng và các tác nhân sinh học, không đề cập đến thiết kế kỹ thuật công trình,không đề cập đến bản vẽ

Qui trình xử lý rác thải sinh hoạt, chủ yếu là rác hữu cơ, không đề cập đến cácloại rác thải khác

Đề tài chỉ tập trung vào giai đoạn phân hủy sinh học, các bước cơ bản ban đầunhư tách lựa, băm rác, sàng lọc làm hoàn toàn bằng thủ công

Chương 2:

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Khái niệm compost, con đường hình thành:

2.1.1 Khái niệm compost:

Ủ compost được hiểu là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu

cơ dễ phân hủy sinh học đến trạng thái ổn định dưới sự tác động và kiểm soát củacon người, sản phẩm giống như mùn được gọi là compost Quá trình diễn ra chủ yếugiống như phân hủy trong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóacác điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật

Lịch sử quá trình ủ compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nôngnghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3.000 năm trướcCông nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghiệp đầu tiên trên thế giới.Người Trung Quốc đã ủ chất thải từ cách đây 4.000 năm, người Nhật đã sử dụngcompost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế kỷ Tuy nhiên đến năm 1943,quá trình ủ compost mới được nghiên cứu một cách khoa học và báo cáo bởi Giáo sưngười Anh, Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn Độ Đến nay đã có nhiều tài liệu viếtvề quá trình ủ compost và nhiều mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn được pháttriển trên thế giới Compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dịdưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và câytrồng Sản phẩm compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nôngnghiệp hay các mục đích cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng Ngoài ra,compost còn được biết đến trong nhiều ứng dụng, như là các sản phẩm sinh học trongviệc xử lý ô nhiễm môi trường, hay các sản phẩm dinh dưỡng, chữa bệnh cho vậtnuôi và cây trồng

Phương pháp ứng dụng vi sinh vật rất quan trọng trong quá trình ủ compost.Thực tế, hệ vi sinh vật cần thiết cho quá trình ủ compost đã có sẵn trong vật liệu hữu

cơ, tự thích nghi và phát triển theo từng giai đoạn của quá trình ủ compost Các thànhphần bổ sung thông thường có thể là sản phẩm sau ủ compost hay các thành phầngiúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N) Việc bổ sung các chế phẩm có bản chất là vi sinhvật ngoại lai hay enzyme là không cần thiết mà vẫn có thể ủ compost thành công.Kiểm soát tốt các điều kiện môi trường ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vậtchính là nhân tố quyết định sự thành công của quá trình ủ compost Kiểm soát tốtquá trình ủ compost cũng giúp giảm phát sinh mùi ô nhiễm và loại bỏ các mầm visinh vật gây bệnh Vì vậy các giải pháp kỹ thuật trong công nghệ ủ compost hiện đạiđều hướng tới mục tiêu kiểm soát tối ưu các điều kiện môi trường cùng với khả năngvận hành thuận tiện

Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ compost từ chất thải rắn đô thị là phân loại đểloại bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc hại khác vì chúng cản trở quá trìnhchuyển hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm compost

2.1.2 Mục đích của quá trình ủ compost:

Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình compost sẽchuyển hóa các chất hữu cơ dễ thối rữa sang dạng ổn định chủ yếu là các chất vô cơ

ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất hoặc nước

Làm mất hoạt tính của VSV: nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủysinh học có thể đạt khoảng 50 - 600C, đủ để làm mất hoạt tính của vi khuẩn gâybệnh, virus có hại nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất 3 ngày Do dó, các sảnphẩm của quá trình compost có thể sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng an toàn chođất

Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chấtthải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trình compostcác chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3- và PO43- thích hợp chocây trồng Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến compost bổ sung dinh dưỡng vô

cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cảithiện nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn

Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: đã có nhiều nghiên cứu trên thế giớichứng minh sự tăng khả năng kháng bệnh của cây được trồng trong đất có bóncompost Cho đến nay, ở Việt Nam compost chưa được ứng dụng rộng rãi trong nôngnghiệp Với hàm lượng dinh dưỡng cao dễ hấp thụ và chủng loại VSV đa dạng, phânhữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng kháng bệnhcao

2.1.3 Động học quá trình compost

Quá trình chuyển hóa sinh học hiếu khí CTR có thể biểu diễn một cách tổngquát theo phương trình sau:

Chất hữu cơ + O2 + Dinh dưỡng Tế bào mới + Chất hữu cơ khóphân hủy + CO2 + H2O + NH3 + SO4 2- + … + Nhiệt

Nếu chất hữu cơ có trong CTR được biểu diễn dưới dạng CaHbOcNd, sự tạothành tế bào mới và sulfate không đáng kể và thành phần của vật liệu khó phân hủycòn lại được đặc trưng bởi CwHxOyNz thì lượng oxy cần thiết cho quá trình ổn địnhhiếu khí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học của CTR đô thị có thể đượcước tính theo phương trình phản ứng sau:

CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2  nCwHxOyNz + sCOz + rH2O + (d – nx)NH3Trong đó:

r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)]

Vi sinh vật

s = a – nw

CaHbOcNd và CwHxOyNz biểu diễn thành phần phân tử thực nghiệm của chất hữu

cơ ban đầu và sau khi kết thúc quá trình Nếu quá trình chuyển hóa xảy ra hoàn toàn,phương trình biểu diễn có dạng như sau:

CaHbOcNd + O2  aCO2 + H2O + dNH3

Trong nhiều trường hợp, amoniac sinh ra từ quá trình oxy hóa các hợp chất hữu

cơ bị tiếp tục oxy hóa thành nitrat (quá trình nitrat hóa) Lượng oxy cần thiết để oxyhóa amoniac thành nitrat có thể tính theo phương trình sau:

NH3 + 3/2 O2  HNO3 + H2O

HNO2 + ½O2  HNO3

NH3 + 2O2  H2O + HNO3

Như vậy, trong quá trình phân hủy sinh học hiếu khí, sản phẩm tạo thành khôngcó mặt CH4 Hay nói cách khác, trong trường hợp này tốc độ phân hủy được xác địnhdựa trên hàm lượng chất hữu cơ còn lại theo thời gian phân hủy và được biểu diễnnhư sau:

Carbonhydrate  đường đơn  acid hữu cơ  CO2 và nguyên sinh chất của vikhuẩn.

Chính xác những chuyển hóa hóa sinh xảy ra trong quá trình composting vẫnchưa được nghiên cứu chi tiết Các giai đoạn khác nhau trong quá trình làm compostcó thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau:

* Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghivới môi trường mới;

* Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trìnhphân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic;

* Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây làgiai đoạn ổn định hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phảnứng hóa sinh này được đặc trưng bằng các phương trình (1) và (2) trong trường hợplàm compost hiếu khí và kị khí như sau:

COHNS + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + Sản phẩm khác + Năng lượng (1)

CHONS + VSV kỵ khí  CO2 + H2S + NH3 + CH4 + Sản phẩm khác + Năng lượng(2)

* Pha trưởng thành (maturation phase) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mứcmesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men lần thứ haixảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành các keo mùn (là quá trình chuyển hóacác phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ,…) và cuốicùng thành mùn Các phản ứng nitrate hóa, trong đó ammonia (sản phẩm phụ củaquá trình ổn định hóa chất thải bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuốicùng thành nitrate (NO3-) cũng xảy ra như sau:

Nitrosomonas bacteria

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

Nitrobactor bacteria

NO2- + ½ O2 -> NO3 - (4)

Kết hợp hai phản ứng (3) và (4), quá trình nitrate hóa xảy ra theo phương trìnhphản ứng sau:

NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O (5)

Vì NH4+ cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho quá trìnhtổng hợp mô tế bào như sau:

NH4+ + 4CO2 +HCO3- + H2O  C5H7O2N + 5O2 (6)

Kết hợp phương trình (5) và (6), ta có phương trình phản ứng nitrate hóa tổngcộng xảy ra như sau:

22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21NO3- + C5H7O2N + 20H2O + 42H+

Hình 2.1: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình Composting

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ Compost

Bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, pH, kích thước nguyên liệu và nguồn đạm trongnguyên liệu

2.1.4.1 Nhiệt độ:

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trong quátrình compost Hầu hết các tài liệu cho thấy nên duy trì nhiệt độ 55-600C trong luống

ủ compost vì ở nhiệt độ này quá trình chế biến compost vẫn có hiệu quả và mầmbệnh bị tiêu diệt Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV Tuynhiên ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trên, compost không đạt tiêu chuẩn về mầmbệnh Nhiệt độ trong luống ủ compost có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhaunhư hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằngcách che phủ hợp lý.

2.1.4.2 Nước và độ ẩm:

Nước và độ ẩm rất quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến quá trình ủ compost.Nếu quá ẩm sẽ gây thiếu oxy, không khí khó lọt qua đống ủ Quá khô sẽ ảnh hưởngđến hoạt động VSV vì VSV cần độ ẩm

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ compost khoảng 50-60% Độ ẩm thấp có thể điềuchỉnh bằng cách trộn vật liệu độn có độ ẩm cao

Độ ẩm của phân bắc, bùn, phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đócần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệthống làm compost vận hành liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cách tuầnhoàn sản phẩm compost như sơ đồ sau

Hình 2.2: Tuần hoàn sản phẩm compost

2.1.4.3 pH:

VSV cần một khoảng pH tối ưu để hoạt động pH tối ưu khoảng 6.5-8.0 Tùythuộc vào thành phần tính chất của chất thải, pH sẽ thay đổi trong quá trình ủcompost

2.1.4.4 Kích thước nguyên liệu:

Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phânhủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bềmặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, có thể làm tăng vận tốc phân hủy trong mộtkhoảng độ xốp nhất định, vì hạt quá nhỏ sẽ có độ xốp thấp ức chế vận tốc phân hủy.Hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và có thể tao ra các kênh thổi khí làmcho sự phân bổ khí không đồng đều, không có lợi cho quá trình ủ compost ảnh hưởngđến chất lượng chế biến phân bón

Kích thước hạt tối ưu cho quá trình chế biến trong khoảng đường kính từ 50mm Kích thước hạt có thể đạt tối ưu bằng cách cắt, nghiền, hoặc sàng vật liệu thôban đầu Chất thải rắn sinh hoạt và chất thải nông nghiệp phải được nghiền đến kíchthước thích hợp trước khi làm phân Phân bắc, bùn và phân động vật thường có kíchthước hạt mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học

3-2.1.4.5 Nguồn đạm trong nguyên liệu:

Thông số dinh dưỡng quan trọng nhất là tỉ lệ C/N, nhu cầu N trong nguyên liệulàm compost chiếm khoảng 2-4% C ban đầu, hay nói cách khác tỉ lệ C/N khoảng25/1

Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ số C/N tối ưu gặp khókhăn do một phần các chất C như Cellulose và Lignin khó phân hủy sinh học, chỉ bịphân hủy sau một thời gian dài Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV khôngsẵn có Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn

Azotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO43- Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quảchính xác.

Nếu tỉ lệ C/N của vật liệu làm compost cao hơn giá trị tối ưu sẽ hạn chế sựphát triển của VSV do thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu trình chuyển hóa, oxyhóa phần C dư khi đạt tỉ lệ C/N ban đầu là 20-50 thời gian cần thiết là 14 ngày và tỉlệ C/N = 78, thời gian cần thiết là 21 ngày

Ở tỉ lệ C/N thấp (như phân bắc và bùn) N sẽ thất thoát dưới dạng NH3, đặc biệt

ở điều kiện nhiệt độ cao, có thổi khí

2.2 Các công nghệ sản xuất compost hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam

2.2.1 Các công nghệ sản xuất compost hiện nay trên thế giới

Các mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn hiện nay trên thế giới được phânloại theo nhiều cách khác nhau Theo trạng thái của khối ủ compost tĩnh hay động,theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay tự nhiên, có hay không đảo trộn.Dựa trên đặc điểm, hệ thống ủ compost lại được chia thành hệ thống mở và hệ thốngkín, liên tục hay không liên tục Mô hình ủ compost hệ thống mở phổ biến nhất làcác phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có kết hợp thông khí cưỡng bức hoặc đảotrộn theo chu kỳ Nhược điểm của hệ thống mở là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết vàthời gian ủ có thể kéo dài, thường chỉ áp dụng ở quy mô nông trường, trang trại códiện tích mặt bằng lớn, xa khu đô thị

Đối với ủ compost quy mô công nghiệp trong các nhà máy lớn, hiện nay trênthế giới thường áp dụng mô hình ủ compost hệ thống kín (hay hệ thống có thiết bịchứa) giúp khắc phục được các nhược điểm của hệ thống mở, vận hành và kiểm soátquá trình thuận tiện Thông thường hệ thống ủ compost kín hiện đại được thiết kếhoạt động liên tục, khí thải được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học (biofilter)

Các mô hình công nghệ ủ compost hệ thống kín thường được phân loại theonguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòng vậtliệu Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là:

2.2.1.1 Kiểu Dano (Phổ biến ở Đan Mạch)

- Thiết bị hình trụ, quay với tốc độ 1 vòng/1 phút

- Nhiệt độ có thể lên trên 600C

- Cung cấp không khí bằng quạt thổi

- Rác được lưu trong thiết bị từ 3 đến 5 ngày, sau đó tiếp tục được ủ 30đến 60 ngày

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ kiểu DANO

2.2.1.2 Kiểu Jersey

Rác thải được chuyển từ tầng cao xuống thấp, mỗi ngày một tầng Kiểu ủ nàyáp dụng với rác thải sinh hoạt, quá trình ủ hiếu khí

Hình 2.4: Sơ đồ qui trình ủ kiểu Jersey

2.2.1.3 Ủ kiểu hiếu khí cưỡng bức

Hay còn gọi là phương pháp BARC (Beltsville Aerated Rapid Composting),phương pháp này hiệu quả hơn, bảo quản nhiệt độ lớn hơn các phương pháp thôngthường, vì vậy tiêu diệt được phần lớn các vi sinh vật gây bệnh

Kích thước: L x W x H = 12 x 6 x 2,5 m

Nhiệt độ 60 – 800C, thời gian từ 3 đến 5 ngày, duy trì ủ 10 ngày

2.2.1.4 Ủ kiểu Trung Quốc

Phương pháp này ủ không đảo trộn, thông khí bằng ống đục lỗ, sau 2 đến 3ngày thì phủ trấu Thời gian ủ 60 ngày

2.2.1.5 Ủ kiểu windrow

Phương pháp này đảo trộn liên tục để cung cấp khí và để trồn đều nguyên liệu,đẩy nhanh tốc độ phân hủy Thời gian từ 20 đến 40 ngày, nhiệt độ tâm khối ủkhoảng 650C

Kích thước: L x W x H = 13 x 3 x 1,5 m

2.2.2 Các mô hình sản xuất Compost hiện nay tại Việt Nam

Tại Việt Nam, một số mô hình xử lý chất thải rắn đô thị quy mô lớn cũng đãđược đầu tư trong những năm gần đây Trong đó có các dự án sử dụng nguồn vốncủa Nhà nước và ODA, điển hình như tại Cầu Diễn - TP Hà Nội (năm 2002) ápdụng công nghệ của Tây Ban Nha và tại TP Nam Định (năm 2003) áp dụng côngnghệ của Pháp Một số dự án sử dụng nguồn vốn tư nhân đều áp dụng công nghệtrong nước như tại Thủy Phương - TP Huế (năm 2004) áp dụng công nghệ An Sinh -ASC, tại Đông Vinh - TP Vinh (năm 2005) và thị xã Sơn Tây - tỉnh Hà Tây (đangchạy thử nghiệm) áp dụng công nghệ Seraphin Trong đó, các mô hình công nghệ ủcompost áp dụng ở đây có thể chia thành các loại hình cơ bản như sau:

2.2.2.1 Mô hình ủ compost kiểu chia ô không liên tục

Mô hình ủ compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục tại Cầu Diễn,Nam Định, Thủy Phương Thông thường hệ thống được điều khiển thông khí tự động.Nói chung, các mô hình ủ compost kiểu này đều ở cấp độ đơn giản, vẫn còn nhữngnguy cơ phát sinh mùi ô nhiễm do hệ thống chưa khép kín

* Ưu điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu thấp thấp

- Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa

- Trình độ của công nhân không cần cao

* Nhược điểm:

- Khâu phân loại chưa tốt, còn lẫn nhiều tạp chất ảnh hưởng không tốt đến cáckhâu sau này của công nghệ Còn làm thủ công nhiều

- Mức độ cơ giới hóa, tự động chưa cao nên hiệu suất xử lý chưa cao

- Do còn thủ công nhiều nên công nhân tiếp xúc trực tiếp với môi trường độchại, gây ảnh hưởng sức khỏe công nhân

Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ tại Cầu Diễn

2.2.2.2 Mô hình ủ compost kiểu luống

Mô hình ủ compost kiểu luống động trong nhà kín tại Đông Vinh được thiết kếhoạt động liên tục, đảo trộn theo chu kỳ ngắn Trong đó hỗn hợp nguyên liệu hữu cơđược đưa tới đầu vào của hệ thống, vận chuyển liên tục trong quá trình ủ bằng cáchđảo trộn và sau cùng sản phẩm được lấy ra ở đầu cuối của hệ thống

Toàn bộ quá trình ủ compost ở đây được thực hiện trong nhà kín có thiết kếthông khí và xử lý khí thải bằng “biofilter” Luống ủ được thiết kế với kích thước lớnvà liên tục giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng, dễ vận hành

Mô hình ủ luống động cũng được áp dụng tại nhà máy xử lý rác Nam ThànhNinh Thuận

Nguyên liệu chủ yếu là rác thải sinh hoạt Nguồn rác thải này được công ty trựctiếp thu gom tại thành phố Phan Rang Tháp Chàm và các khu vực lân cận với khốilượng trung bình từ 100-150 tấn/1ngày.

Thành phần các chất có trong rác thải sinh hoạt tại Ninh Thuận phức tạp (đượcnêu trong bảng1.1) cho nên đã ảnh hưởng lớn đến quá trình làm Compost Quanghiên cứu, ông Trần Đình Minh tổng giám đốc Công ty Nam Thành đã thành côngvà hoàn tất quy trình công nghệ sản xuất Compost.(xem hình 2.6)

Bảng 2.1 Thành phần các chất có trong rác thải sinh hoạt tại Ninh Thuận

STT Thành phần % Khối lượng

(Nguồn: số liệu từ công ty Nam Thành)

Hình 2.6: Qui trình công nghệ của công ty Nam Thành Ninh Thuận

Rác sẽ được vận chuyển tập trung về nhà máy Tại đây, rác thải sinh hoạt đượcphân loại, xử lý và chế biến thành compost phục vụ cho sản xuất nông nghiệp

Khối lượng và thành phần nguồn nguyên liệu đầu vào của quá trình sản xuất

Nguyên phụ

liệu

Loại Khối lượng

Rác thải sinh hoạt Chưa phân loại 100-150 tấn/1 ngày

Men khử mùi NTC khử mùi 90 – 120 lit/1 ngày

Men đặc chủng phân

hủy hữu cơ

NTC Protect 180 – 240 lit/ 1 ngày

Men đặc chủng chế

biến phân bón

NTC KB Tùy theo số lượng sản

xuất

Nguồn: Số liệu từ công ty Nam Thành

Từ nhà tiếp nhận, rác theo băng tải và được phân loại sơ bộ lần 1 (thủ công)để tách các vật thể có kích thước lớn, sau đó rác được đưa vào máy đập (xưởng 1) đểxé các túi đựng rác, nghiền và tách sơ bộ các vật thể như gạch, cát, và các loại vỏchai, sau đó rác theo băng chuyền qua hệ thống tách từ, thu sắt vụn, tách gió thunilon

Tại xưởng 1, rác tiếp tục được phun vi sinh khử mùi, theo hệ thống băng chuyềnđến xưởng 2 để tách lựa lần 2, sử dụng thiết bị như sàng lồng, tách từ, tách gió, táchthủ công và sàng cát loại bỏ các vật thể rắn không phân hủy như xà bần, cát, thủytinh… và thu được sắt vụn, nilon, hữu cơ

Sau giai đoạn phân loại lần 2, rác thải tương đối đồng nhất (thành phần hữu cơchiếm tỉ lệ cao hơn nhiều so với rác ban đầu) vật thể rắn không tái sản xuất đượcnhư xà bần, cát, thủy tinh sẽ được mang đi chôn lấp hợp vệ sinh và đúng qui định.Các vật thể tái sử dụng được đưa vào kho phế liệu để bán cho các cơ sở tái sản xuất.Còn các loại nhựa, hạt nhựa để sản xuất các loại bao bì

Tất cả các loại rác hữu cơ sau phân loại theo băng chuyền sẽ được phun vi sinhphân hủy vi sinh kháng bệnh, tiếp theo sử dụng xe cơ giới chuyển vào hầm ủ

Tại hầm ủ tiếp tục phun bổ sung vi sinh phân hủy khử mùi, kháng bệnh (phunkhi xe cơ giới đổ rác vào hầm) Trước khi tiếp nhận rác vào hầm ủ, tổ kỹ thuật kiểm

tra các chỉ tiêu như độ ẩm, tạp chất (cát, nilon, phi hữu cơ khác nếu vượt qui định choquay lại tách lựa).

Thời gian ủ trong hầm từ 20 - 30 ngày thì rác thải đã được mùn hóa, độ ẩm đạttừ 40 – 50% Thời gian đầu của quá trình ủ nước từ khối ủ rỉ ra và được qui tụ vàocác hố thu gom trên hầm ủ được xử lý và sử dụng tạo ẩm bổ sung, trong quá trình ủ,tiến hành đảo trộn định kỳ bằng xe chuyên dụng (rác mới ủ đảo trộn 10 ngày 1 lần,rác đã ủ được một thời gian thì đảo trộn 5 ngày 1 lần) Tổ kỹ thuật sẽ kiểm tra cácchỉ tiêu theo qui định, nếu không đạt phải xử lý

Khi rác thải trong hầm ủ đạt các chỉ tiêu và đã mùn hóa tiến hành mang ra bãi

ủ chín, mục đích chính là để giảm ẩm tự nhiên, thời gian từ 15 đến 20 ngày Tổ kỹthuật tiếp tục kiểm tra khi độ ẩm đạt 20-25% thì chuyển vào xưởng sản xuất mùntinh (xưởng 3) với thiết bị như băng tải, máy đập, sàng lọc, sàng rung

Tại xưởng 4, mùn tinh được phối trộn với các phụ gia cho vào hệ thống tạoviên, sấy, giảm nhiệt, sàng phân loại để đồng nhất về kích thước hạt và cuối cùngđến hệ thống đóng bao tự động cho ra sản phẩm

Tại xưởng 5, các loại nhựa, nilon thu được từ khâu tách lựa của các xưởng đượcchuyển đến đây, xử lý loại bỏ tạp Khi đạt yêu cầu sẽ được chế biến bằng máy óđịnh hình và sản xuất hạt nhựa theo chuẩn loại

Tất cả các loại nhựa, bao nilon thu từ khâu tách nhựa sẽ được chuyển đến phânxưởng 5 Phân xưởng này có nhiệm vụ phân loại, xử lý nguyên liệu theo kích thước,

ly tâm bằng máy sau đó đưa ra sân phơi cho đến khi khô tuyệt đối và liên tục quamáy ó, định hình và sản xuất ra hạt nhựa tái sinh và phôi nhựa theo chủng loại Sảnphẩm tạo ra là các bánh “bò”, cung cấp cho các cơ sở sản xuất nhựa tái chế

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

và hiện đại, thiết bị đảo trộn không chuyên dụng có thể làm giảm hiệu quả khi vậnhành, thể tích nhà chứa lớn nên việc thu hồi và xử lý khí thải cũng là vấn đề phứctạp, dễ ảnh hưởng đến môi trường làm việc

* Ưu điểm

Dây chuyền công nghệ sản xuất khép kín, tái chế được phần lớn rác thải nênlượng rác bỏ ra bãi chôn lấp rất ít đã góp phần giảm diện tích xây dựng bãi chôn lấp.Hạn chế ô nhiễm phát sinh tại bãi chôn lấp hiện nay, góp phần bảo vệ môi trườngsạch đẹp

Các phân xưởng được xây dựng sắp xếp khoa học và hợp lý, tạo điều kiện dễdàng cho công nhân làm việc cũng như việc sản xuất đạt hiệu quả nhất Khâu phânloại đầu vào rất chặt chẽ và nghiêm ngặt được thực hiện bằng tay, kết hợp với máymóc một cách hợp lý Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với chất lượngphân thành phẩm Công nghệ máy móc với các thiết bị hoàn chỉnh dễ vận hành, chếtạo và thay thế Trong nhà máy bao gồm cả phân xưởng cơ khí tạo điều kiện choviệc bảo trì sửa chữa các thiết bị máy móc được nhanh chóng, dễ dàng và thuận tiện.Đảm bảo vệ sinh trong và ngoài nhà máy, có hệ thống thu hồi nước rỉ rác tạikhâu phân loại và ủ hiếu khí để sử dụng hồi ẩm, phục vụ cho quá trình ủ lên men,không gây ảnh hưởng đến tầng nước ngầm Trong qui trình sản xuất nhà máy có sửdụng các chế phẩm sinh học để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng phân bón.Có qui trình công nghệ tái chế tạo ra nguồn lợi nhuận từ việc tái chế và sảnxuất hạt nhựa, phôi nhựa, bao bì từ rác thải, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường,tránh sử dụng lãng phí tài nguyên, vì đây là những vật liệu có thời gian phân hủykhá dài, nếu đem chôn lấp Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí về năng lượng khôngquá cao Trình độ vận hành của công nhân không đòi hỏi cao

* Nhược điểm:

Ở khâu sản xuất mùn tinh, bụi sinh ra từ hệ thống sàng rung gây ảnh hưởngkhông tốt đến môi trường làm việc cũng như sức khỏe công nhân Khâu phân loạirác đầu vào tại nhà máy, tuy đã có sự tham gia của máy móc nhưng phần lớn vẫn làphân loại thủ công do công nhân đảm nhiệm Điều này làm tốn nhiều thời gian sảnxuất, đồng thời ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân Tốn mặt bằng xây dựng

2.2.2.3 Mô hình ủ compost trong thiết bị kín

Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng hiện đang nghiên cứu và ápdụng tại thị xã Sơn Tây, theo phân loại là một trong những mô hình hiện đại tương tựnhư các mô hình công nghệ của Hoa Kỳ

Thiết bị ủ compost kín kiểu đứng được thiết kế theo nguyên lý hoạt động liêntục, vật liệu ủ được nạp vào hàng ngày qua cửa nạp liệu ở phía trên và tháo liệu từphía đáy của thiết bị Quá trình ủ compost diễn biến qua các giai đoạn dọc theochiều đứng của thiết bị Việc thông khí trong quá trình ủ compost được hỗ trợ nhờ hệthống các ống phân phối đều bên trong thiết bị Quạt hút bố trí ở phía trên tạo sựchênh lệnh áp suất, nhờ đó khối ủ compost cũng được thông khí dọc theo chiều đứngcủa thiết bị và theo hướng đối lưu từ dưới lên trên Toàn bộ khí thải quá trình ủcompost được thu hồi và xử lý bằng “biofilter” giúp bảo vệ môi trường tốt hơn Loạimô hình ủ compost này có nhiều ưu điểm, thuận tiện trong việc vận hành tự động,giảm yêu cầu diện tích nhà xưởng bởi tận dụng chiều cao thiết bị Quá trình vậnchuyển của vật liệu trong thiết bị nhờ trọng lực, thông khí cũng chủ yếu nhờ hiệuứng đối lưu tự nhiên giúp giảm chi phí vận hành Cấu trúc vận động của khối ủ bêntrong thiết bị tạo ra các vùng hoạt động tối ưu tương ứng với các giai đoạn của quátrình ủ compost, giúp tăng cường hiệu quả, giảm thời gian quy trình và đảm bảo yêucầu chất lượng đối với sản phẩm Thiết bị kiểu kín cũng giúp kiểm soát tốt hơn các

điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật, dễ dàng kiểm soát mùi hôi.Ngoài ra hệ thống được kết nối từ các thiết bị đơn vị thành module, thuận lợi choviệc chế tạo, lắp đặt hay nâng cấp mở rộng công suất…

Công nghệ AN SINH -_ASC và SERAPHIN sẽ được các cơ quan quản lý chứcnăng thẩm định, đánh giá, Nhà nước sẽ hỗ trợ kinh phí để hoàn thiện cho phù hợpvới điều kiện Việt Nam và sau đó sẽ nhân rộng áp dụng trong cả nước

Hình 2.7: Công nghệ Seraphin.

2.3 Các phương pháp ủ compost

2.3.1 Phương pháp ủ theo luống dài:

Phương pháp ủ compost ngoài trời là phương pháp được ứng dụng phổ biếnnhất, vì phương pháp này là điển hình của phương pháp ủ phân qui mô lớn, cũngthường là tiêu chuẩn để các phương pháp khác làm so sánh

Phương pháp ủ compost ngoài trời là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được đổthành từng luống ủ hẹp dài hoặc đống nhỏ Các luống ủ này được làm thoáng bằngcác phương tiện thụ động như khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt Để hỗ trợ cho thoángkhí thụ động, các luống ủ này phải được xới trộn lên đều đặn Xới trộn là một cáchkhuấy đảo nguyên liệu hoàn hảo được thực hiện bằng máy xới hoặc thiết bị trộn đặc

biệt Trong thực tế, số lần trộn và thời gian giữa các lần trộn rất khác nhau khoảng 3hoặc 4 lần trong 6 đến 12 tháng cho tới 40 lần trong vòng 2 tháng.

Việc xáo trộn và cung cấp nguồn dưỡng chất, làm nguyên liệu đồng nhất trongluống ủ; giải phóng gas và nhiệt; giải phóng nước, chất dinh dưỡng và vi sinh ra khỏiluống ủ; trao đổi khí từ môi trường oxy mất trên bề mặt luống ủ đến nơi oxy thiếu vàấm hơn gần trung tâm luống Tùy thuộc vào sự cung cấp nguồn dưỡng chất và sựthâm nhập của thiết bị trộn, việc xới trộn cũng làm nhỏ đi kích thước hạt Người tathường nói rằng, việc xới trộn sẽ làm thoáng khí các luống ủ Điều này đúng nhưngchỉ đúng với qui mô ủ giới hạn, mặc dù việc xới trộn bổ sung không khí sạch và oxy,

vi sinh tiêu thụ oxy trong nhiều giờ Giữa các lần xới trộn, các luống ủ phải thôngkhí thụ động để duy trì hiếu khí Hơn nữa, việc xới trộn nguyên liệu xốp trong luống

ủ làm gia tăng trạng thái xốp, giảm độ nén, và làm cho việc thoáng khí tự động trởnên hiệu quả hơn Michel et al (1996) cho rằng điều này không cần thiết trongtrường hợp thử nghiệm xới trộn luống ủ trên sân phơi được xếp ngăn nắp, độ nén củacác đống ủ tăng lên sau khi xới trộn – luống ủ trở nên nhỏ hơn sau khi xới Tính hiệuquả của việc xới trộn trên các đống ủ có độ nén phụ thuộc vào việc cung cấp nguồndưỡng chất và giai đoạn ủ compost Nếu mất nguyên liệu dễ vỡ như lá cây, việc xớitrộn làm giảm kích thước hạt và làm tăng độ nén đống ủ Đối với nguyên liệu đã côđặc như phân hoặc phân gần thành compost, việc xáo trộn làm giảm độ nén đống ủ.Tuy nhiên, hiệu quả chỉ có thể kéo dài trong vài ngày tới khi nguyên liệu được xớitrộn nén xuống và trở nên nhỏ hơn Do đó, nếu không xới trộn thường xuyên, hiệuquả xáo trộn làm thoáng sẽ rất thấp Các luống ủ được quản lý theo mục tiêu và sự

ưu tiên của người vận hành và nhà quản lý nhà máy Vì vậy, ở một vài hệ thống ủphân được xới trộn không thường xuyên khi người vận hành không có thời gian vàthời tiết tốt Mặt khác, công tác xới trộn hầu như xảy ra mỗi ngày dựa trên kết quả

đo nồng độ CO2 và nhiệt độ Hình thức phổ biến là xới trộn luống ủ theo điều kiệnnhiệt độ.

- Các luống ủ và mặt bằng dùng để xới trộn chiếm một diện tích rất lớn và do

đó sẽ rất tốn kém khi xây dựng mái che;

- Điều kiện hiếu khí không được duy trì liên tục trong các luống ủ Do đó, đôi

khi các luống ủ bị tình trạng kị khí và có mùi hôi bên trong

2.3.2 Phương pháp ủ trong container

Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trongcontainer, túi đựng hoặc trong nhà Thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho phươngpháp này Có nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể di chuyển theophương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng xoay…

Trong bể di chuyển theo phương ngang, vật liệu được ủ trong một hoặc nhiềubể phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ thì được áp dụng.Vật liệu ủ được di chuyển liên tục theo chiều dài ngăn phản ứng trong suốt quá trình.Trong container thổi khí, vật liệu ủ được chứa đựng trong các container khácnhau, như thùng chứa chất thải rắn hoặc túi polyethylene…thổi khí cưỡng bức được sửdụng cho quá trình ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn trong container Tuynhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ thường được trộn ở bên ngoài trời, sau đó cho

vào lại container Trong thùng xoay, vật liệu được ủ trong một cái thùng xoay chậmtheo phương ngang có thổi khí cưỡng bức.

* Ưu điểm

- Nhạy cảm với điều kiện thời tiết, khả năng kiểm soát mùi và quá trình ủ tốthơn;

- Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời;

- Nhu cầu diện tích nhỏ hơn các phương pháp ủ khác;

- Chất lượng compost tốt hơn các phương pháp ủ khác

* Nhược điểm

- Vốn đầu tư cao;

- Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao;

- Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao;

- Công nhân vận hành đòi hỏi trình độ cao

2.3.3 Phương pháp ủ theo đống thổi khí thụ động

Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động là một phương phápquản lý đơn giản được ứng dụng cho nguyên liệu phân hủy chậm như lá rụng, cànhcây, vỏ cây, mảnh vụn gỗ, và một số phế phẩm nông nghiệp Phương pháp này đượctrình bày trong một số cẩm nang và sách hướng dẫn đề cập đến việc tái sinh các cácnguyên liệu đặc biệt này

Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động sử dụng cách làmcompost nhẫn nại, chủ yếu dựa trên việc thông khí thụ động, phân hủy tự nhiên vàthời gian để sản xuất compost, trong đó có một vài thao tác qui trình được thực hiện.Một số đống ủ có thể được kết hợp và pha trộn lên để điều chỉnh độ ẩm, độ xốp, độnén và/hoặc tỷ lệ C/N, nhưng một khi đã tạo thành đống dài thì chúng sẽ không đượcxáo trộn trong vài tháng Thông thường, các đống ủ được kết hợp sau khi chúng giảm

thể tích xuống và sẽ được xáo trộn đều đặn bằng xe xúc Hầu hết các đống ủ là cácđống trải ra tự nhiên Các đống ủ này tương đối to, thường cao từ 2 đến 5 mét Thôngthường chiều rộng gần gấp 2 lần chiều cao Chiều dài đống ủ không ảnh hưởng tớiquá trình ủ.

* Ưu điểm

Đây là phương pháp ủ compost mang lại thành công và kinh tế nhất nếu có đủkhông gian và thời gian và nếu mùi hôi không bị chỉ trích

* Nhược điểm

Chiếm diện tích mặt bằng khá lớn;

Mất nhiều thời gian để phân hủy, thường từ 1 tới 3 năm;

Ủ tĩnh trong khoảng thời gian dài sinh ra mùi hôi

2.3.4 Phương pháp ủ theo đống thổi khí cưỡng bức

Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức được phát triển vàonhững năm 1970 bởi nhóm nghiên cứu Phòng Nông Nghiệp Mỹ (USDA) để làmcompost sinh học thể rắn từ các nhà máy xử lý nước thải (Willson, 1980) Trong đó,phương pháp thổi khí cưỡng bức được ứng dụng để làm giảm thời gian qui trình côngnghệ và cũng giảm đi mùi hôi sinh ra từ chất thải rắn sinh học Nó trở thành phươngpháp điển hình làm compost chất thải rắn sinh học và được ứng dụng cho nguồnnguyên liệu rắn nhiều hơn các nguồn nguyên liệu khác Phương pháp này có nhiềubiến đổi, đặc biệt là ở phần công nghệ điều khiển nhưng căn bản vẫn giống nhau.Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức sử dụng quạt để làmthoáng khí và thông gió nguyên liệu làm compost Không có hoạt động xới trộnngoại trừ việc di dời nguyên liệu Các đống ủ được xây dựng phía trên đỉnh của hệthống thông gió cung cấp và phân phối không khí cho nguyên liệu Thông gió cưỡng

bức cung cấp khí oxy, làm mát đống ủ, thoát hơi nước và giải phóng CO2 và các chất

bị phân hủy khác

* Ưu điểm

Đây là phương pháp ứng dụng hiệu quả và đã được kiểm chứng;

Giống phương pháp ủ ngoài trời, ứng dụng kỹ thuật đơn giản, chiếm mặt bằng íthơn vàđược hỗ trợ thông gió chắc chắn hơn phương pháp thông gió thụ động, kể cả ủngoài trời Rút ngắn thời gian ủ thành compost

* Nhược điểm

Chi phí vận hành và bảo trì cao;

Chi phí đầu tư tương đối cao;

Chỉ thích hợp với chất thải rắn

2.3.5 Phương pháp ủ dạng Silo hoặc tháp phản ứng

Hệ thống ủ compost kiểu silo dùng một hoặc nhiều bình đứng loại lớn hoặc silo,trong đó nguyên liệu làm compost di chuyển từ trên đỉnh xuống đáy silo

Hoạt động bắt đầu khi một máy khoan hoặc cơ cấu khác lấy ra một phần

compost từ phía đáy ra khỏi silo Nguyên liệu phía trên dịch chuyển xuống phía dưới và hỗn hợp dưỡng chất mới được châm vào khoảng trống được tạo ra phía trên của silo Mặc dù, nguyên liệu bên trong silo chuyển động, nhưng chúng cũng không đượcxáo trộn tốt Do đó, nguyên liệu phải được trộn đều trước khi nạp vào silo Thông thường nguyên liệu được lưu giữ trong silo từ 10 đến 30 ngày Hầu hết, các hệ thống silo được làm thoáng bằng quạt Không khí làm thoáng thường được cấp vào phía đáy và di chuyển ngược lên thông qua nguyên liệu làm phân trong silo Khí này được thu tại đỉnh và thoát ra ngoài thông qua lọc sinh học

Hình 2.8 : Mô hình thiết bị dạng Silo.

Khi không khí đi từ lớp nguyên liệu phía dưới lên cuốn theo nhiệt, hơi ẩm vàkhí CO2 Do đó, không khí bị mất đi hiệu quả của chúng là phải cấp oxy và làm mát,

vì thế rất khó để duy trì điều kiện ủ compost đồng bộ suốt chiều sâu Để khắc phụcđược nhược điểm này, một số hệ thống sử dụng một bộ ống thông khí hẹp đặt phíadưới bên trong silo để đưa vào bên trong silo không khí sạch tại các độ sâu khácnhau

2.4 Lợi ích của Compost

2.4.1 Đối với môi trường

Tiết kiệm tối đa đất sử dụng làm bãi chôn lấp chất thải, giảm thiểu ô nhiễmmôi trường và các vấn đề phát sinh từ rác thải từ các bãi chôn lấp

Giải quyết có hiệu quả các vấn đề về rác thải đô thị, thu hồi tối đa các vật liệucó thể tái chế như giấy bìa, thủy tinh, sắt thép… Sản xuất được hạt nhựa, phôi nhựa,bao bì từ rác thải Chế biến phân hữu cơ vi sinh từ CTR hữu cơ, phục vụ cho nôngnghiệp

Chứng minh rác thải không phải là 1 thứ bỏ đi mà là 1 nguồn tài nguyên cầnđược nhìn nhận, khai thác và sử dụng, góp phần tạo nên môi trường xanh, sạch, đẹp

2.4.2 Đối với xã hội

Giải quyết công ăn việc làm cho hàng trăm lao động địa phương

Tạo ý thức cho người dân về công tác bảo vệ môi trường và tầm quan trọng củaviệc xử lý rác thải thành các sản phẩm có ích Giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực củabãi rác đến đời sống cộng đồng

2.4.3 Đối với kinh tế

Đây là giải pháp công nghệ mang lại hiệu quả cao, chi phí đầu tư thấp nhât sovới các giải pháp xử lý CTR khác Giảm nguồn chi ngân sách của tỉnh hàng năm vềhoạt động thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt

2.4.4 Đối với nông nghiệp

Tái sử dung lượng chất hữu cơ có trong thành phần rác thải chế biến compostchất lượng cao, phục vụ cho sản xuất nông nghiệp Cải tạo đất bac màu, tăng năngsuất và chất lượng nông sản, hạn chế sâu bệnh, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho

người nông dân

2.5 Chủng vi sinh vật

- Loài : Phanerochaete chrysosporium

2.5.1.2 Đặc điểm hình thái

Phanerochaete chrysosporium là một trong những nấm tạo thành lớp trắng trên

gỗ và phân hủy gỗ Loài nấm này không bao giờ hình thành tai nấm trong chu kỳsinh sản mà là hình thành những quả thể dẹp lan ra, xuất hiện ở mặt bên dưới củakhúc gỗ như mạng nhện Hệ thống enzyme phân hủy lignin của nấm này làm cho nótrở nên rất đặc biệt Để hiểu về hệ thống này, ta cần phải biết rằng thành phần chủ

yếu của gỗ là cellulose có màu trắng và lignin có màu nâu Loài Phanerochaete tạo

ra mục trắng trên gỗ Phanerochaete chrysosporium có một số đặc điểm rất hữu

dụng

Hình 2.9: Phanerochaete chrysosporium mọc trên thân keo tai tượng.

Nó thích nghi với nhiệt độ tương đối cao (khoảng 400C), nghĩa là nó có thể mọctrên những lát gỗ ủ thành những đống compost có nhiệt độ khá cao Những tính chấtnày cho thấy nấm này là một đối tượng tốt của công nghệ sinh học

Một số enzyme phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium cũng phân

hủy được các chất thải độc hại như PCB’s (polychlorinated biphenyl) và PCP’s(pentachlorophenol)

Nấm mục trắng thường tìm thấy nhiều trên thực vật hạt kín hơn là thực vật hạttrần trong tự nhiên Thường thì các đơn vị syringyl (S) của lignin dễ bị tấn công hơncác đơn vị guaiacyl (G) Trong sợi gỗ, lớp lamella trung tâm chứa nhiều lignin G,trong khi ở vách tế bào thứ cấp thì lại chứa nhiều lignin S

Không giống như cellulose và hemicellulose, lignin không phải chủ yếu thẳnghàng mà là một polymer thơm không tương đồng và phức tạp, gồm những đơn vịphenylpropanol Nấm mục trắng được biết như là những sinh vật có thể phân hủyhoàn toàn lignin thành carbonic và nước Những năm gần đây người ta quan tâmnhiều đến sinh hoá học và di truyền học phân tử của sự phân hủy lignin thông qua

những nghiên cứu chủ yếu trên nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium.

Hệ thống phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium không bị cảm ứng

bởi lignin mà nó xuất hiện trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của quá trình nuôicấy tức là khi sự tăng trưởng sơ cấp dừng lại do sự giảm một số thành phần dinhdưỡng Sự chuyển hoá thứ cấp khởi đầu khi có sự hạn chế các chất như nitrogen,carbon hay sulphur nhưng không hạn chế phosphor Sự điều hoà chuyển hoá thứ cấpbao gồm sự phân hủy lignin được liên kết với chuyển hoá glutamate Khi nuôi cấynấm trong môi trường giới hạn nitrogen thì sự phân hủy lignin xảy ra Trong sự liênkết này, Kirk và Fenn (1982) đã nghiên cứu rằng sự phân hủy lignin là một sự kiện

chuyển hoá thứ cấp do hàm lượng nitrogen của gỗ thấp Chẳng bao lâu sau khi nấmmục trắng tấn công gỗ, nitrogen sẽ bị thiếu và sự chuyển hoá thứ cấp bao gồm sựphân hủy lignin sẽ bắt đầu.

Mặc dù liên quan giữa sự hạn chế nitrogen và sự phân hủy lignin bởi nấm mụctrắng là phổ biến, nhưng đó không phải luôn luôn là quy luật Do đó người ta có thểthêm nitrogen vào cho một nấm mục trắng nào đó trong các ứng dụng công nghệsinh học khác nhau nhằm sử dụng lignin hay những hợp chất liên quan đến lignin cóthể tăng hiệu quả của những nấm này

Người ta cho rằng có hai enzyme giữ vai trò chủ đạo trong việc polymer hoálignin bao gồm 2 peroxidase nhân heme ngoại bào, đó là manganese peroxidase vàlignin peroxidase cùng một hệ thống tạo ra H2O2 Tuy nhiên nấm mục trắng tiết ra

một tổ hợp các peroxidase và oxidase Trametes versicolor và Phlebia radiate có thể tạo ra một hay nhiều laccase cùng với LiP và MnP Pleurotus sajor-caju tiết ra một aryl alcohol oxidase, một laccase và một số peroxidase Bjerkenderu adusta tiết ra một aryl alcohol oxidase Rigidoporus lignosus và Dichomitus squalens tiết ra một

laccase và và một MnP Do đó, nhiều loại enzyme oxy hoá có thể được nấm mụctrắng sử dụng trong sự phân hủy lignin Tuy nhiên một thành phần chủ yếu trong hệthống phân hủy lignin của tất cả các nấm mục trắng chính là nguồn H2O2 Haienzyme có liên quan đến hệ thống này là: MnP có thể hình thành H2O2 từ O2 khi cómặt của NADH, NADPH hay glutathione; và glyoxal oxidase (GLOX), một enzyme

mới được tạo ra trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của Phanerochaete chrysosporium và hoạt động bởi LiP thêm vào veratryl alcohol.

Do sự phức tạp trong cấu trúc của lignin như sự có mặt của các liên kết trongnhững đơn vị khác nhau, sự bất thường trong sắp xếp của chúng… nấm phân hủylignin không tạo ra enzyme có thể nhận ra và phân cắt tất cả những cấu trúc này

Nấm mục trắng đã giải quyết vấn đề này bằng sự tạo ra những enzyme có tínhchuyên hoá thấp để khởi đầu những phản ứng oxy hoá trong lignin Những bước khởiđầu trong sự depolymer hoá lignin bằng nấm mục trắng được xúc tác bằng enzymekhông chuyên hoá dẫn tới một chuỗi phản ứng đa dạng Sự oxy hoá không chuyênhoá của lignin được Kirk và Farrell gọi là quá trình “đốt cháy bằng enzyme”.

Đến năm 1928, những nghiên cứu cho thấy tất cả các nấm mục trắng có hoạtđộng phenoloxidase ngoại bào Kể từ phát hiện đó, vai trò của phenoloxidase (gồmperoxidase và laccase) trong sự phân hủy lignin được tranh luận nhiều hơn Mộtnghiên cứu kỹ về những enzyme ngoại bào kết hợp với sự phân hủy lignin dẫn tới sự

khám phá ra peroxidase ngoại bào ở Phanerochaete chrysosporium Ngày nay người

ta cho rằng hệ thống phân hủy lignin trong Phanerochaete chrysosporium bao gồm

một tập hợp các enzyme là lignin peroxidase, manganese peroxidase và nhữngenzyme tạo ra H2O2 Ngoài ra còn có một enzyme phân hủy lignin khác là laccase

không được tạo ra bởi Phanerochaete chrysosporium nhưng được hình thành do nhiều

nấm mục trắng khác

Năm 1983, có 2 nhóm nghiên cứu công bố về sự khám phá ra hoạt động củamột enzyme ngoại bào đòi hỏi sự có mặt của H2O2 gọi là lignin peroxidase Ligninperoxidase được mô tả là một glycoprotein chứa khoảng 15% carbohydrate và mộtnhóm phụ protoporphyrin sắt IX (heme)

Lignin peroxidase có trọng lượng phân tử 41.000-42.000 và pH tối thích = 2;dưới pH này, enzyme không ổn định Họ lignin peroxidase chứa nhiều isozyme, sốlượng isozyme khác nhau đối với từng chủng nấm, điều kiện nuôi cấy và kỹ thuậttinh sạch, kỹ thuật phân đoạn Hoạt độ của enzyme này được đo bằng sự oxy hoáveratryl alcohol cho ra veratraldehyde ở bước sóng 310nm Lignin peroxidase khôngcó cơ chất chuyên biệt, nó có thể oxy hoá những hợp chất lignin và liên quan đến

lignin (có rượu hay không rượu), kết quả là phân cắt nối carbon α và carbon β, nốiaryl carbon α, mở vòng thơm, oxy hoá rượu và demethoxyl hoá

Enzyme rất mẫn cảm nên dễ bị bất hoạt bởi H2O2 và hoạt động của nó cũng dễ

bị ức chế bởi những thành phần của môi trường lignocellulose như acid ferulic.Veratryl alcohol tăng cường hoạt động của lignin peroxidase trên nhiều cơ chấtlignin bằng cách hoạt động như một chất trung gian hay bằng cách bảo vệ enzymechống lại sự bất hoạt Hệ thống enzyme của sự phân hủy lignin đại phân tử phảiđương đầu với nhiều khó khăn mới có thể hoạt động Cơ chất là một polymer lớnkhông tương đồng đòi hỏi phải được tấn công bằng những tác nhân hoặc enzymengoại bào Lignin không chứa những liên kết có thể thủy phân, điều này có nghĩa làcác enzyme phải là enzyme oxy hoá

Những enzyme ngoại bào liên quan đến sự phân hủy lignin là lignin peroxidase(LiP), manganese peroxidase (MnP), laccase Thêm vào đó là các enzyme sản xuất

ra hydrogen peroxide; glyoxal oxidase (GLOX) và aryl alcohol oxidase (AAO) thuộc

nhóm này LiP và MnP là những glycoprotein chứa haem, chúng cần hydrogen

peroxide như một chất oxy hoá Đa số nấm tiết ra nhiều isoenzyme vào môi trườngnuôi cấy chúng LiP oxy hoá những cấu trúc phụ nonphenolic lignin bằng cách lấymột điện tử và tạo ra những gốc cation và rồi những gốc này bị phân hủy hoá học.MnP oxy hoá Mn(II) thành Mn(III) và rồi oxy hoá những vòng rượu thành những gốcphenoxyl dẫn tới sự phân hủy các hợp chất Những nghiên cứu trên nhiều nấm mụctrắng khác nhau cho thấy MnP xuất hiện nhiều hơn LiP Trong những năm gần đây,những đặc điểm và vai trò của MnP đã được nghiên cứu rộng rãi MnP có vai trò chủyếu trong sự depolymer hoá lignin và chloro-lignin cũng như demethyl hoá lignin vàlàm trắng bột giấy Nếu có sự hiện diện của những acid hữu cơ phù hợp thì MnP cóthể khoáng hoá một số lượng lớn lignin và những hợp chất kiểu lignin

Bảng 2.2 Các enzyme liên quan đến sự phân hủy lignin và những phản ứng chính:

Enzyme Phần phụ hay cơ chất,

chất môi giới

Phản ứng hay ảnh hưởng chính

Lignin peroxidase ( LiP) H2O2, veratryl alcohol Oxy hoá vòng thơm thành

Oxy hoá Mn(II) thànhMn(III), oxy hoá chelatedMn(III) các hợp chấtphenolic thành các gốcphenoxyl; các phản ứngkhác với sự hiện diệncủa các hợp chất thêm

(GLOX)

Glyoxal, methyl glyoxal Oxy hoá glyoxal thành acid

glyoxylic; sản xuất ra H2O2.Aryl alcohol oxidase

H2O2

Nhiều hợp chất hữu cơ Khử thành H2O2

Laccase là một oxidase chứa đồng, nó sử dụng oxy phân tử như chất oxy hoá,

và nó cũng oxy hoá vòng phenol thành những gốc phenoxyl Nó cũng có khả năngoxy hoá những hợp chất không rượu dưới những điều kiện nào đó, ví dụ phản ứngđược bổ sung ABTS hay những phân tử trung gian khác Đa số nấm mục trắng có thểsản xuất ra laccase

Sự phân tích hệ thống phát sinh loài của nấm mục trắng và các nấm đồng đảm(homo-basidio) khác dựa vào trình tự DNA ribosom có thể cho những hiểu biết mới

về những mối quan hệ của những hệ thống phân hủy lignin khác nhau Sự sản xuất

ra LiP có thể là tiêu biểu cho nấm mục trắng, nhưng các chủng được phân loại vào

nhóm Euagarics như Pleurotus osteatus, Agaricus bisporus thì thường sản xuất ra

MnP và laccase và ít sản xuất ra LiP

Hầu như tất cả nấm mục trắng đều sản xuất ra MnP và laccase nhưng chỉ mộtsố nấm mới có thể sản xuất ra LiP trong khi chỉ có enzyme này mới có thể tấn côngcác cấu trúc phụ nonphenolic của lignin

2.5.2 Xạ khuẩn:

2.5.2.1 Vị trí của xạ khuẩn trong VSV

Trước thế kỷ 19 người ta xếp xạ khuẩn vào nấm Về sau do nghiên cứu sâu hơnngười ta mới thấy chúng có nhân nguyên thủy, có kích thước nhỏ bé như vi khuẩnnên xếp vào vi khuẩn thật

Năm 1978 Gibbens và Murray chia các vi khuẩn nhân nguyên thủy thành 4ngành: ngành Gracilicutes (gồm các vi khuẩn gram âm), ngành Tenericutes (gồm xạkhuẩn và các vi khuẩn gram dương), ngành Mendosicutes (gồm các vi khuẩn màthành tế bào không chứa peptidoglican) và ngành Mollicutes (gồm các vi khuẩn chưacó thành tế bào)

Năm 1977 và 1980 Woese và cộng sự chia vi khuẩn nhân nguyên thủy thành 2giới: giới vi khuẩn thật (Eubacteria) tương đương với 3 ngành Gracilicutes,Tenericutes và Mollicutes theo Gibbens và Murray, giới vi khuẩn cổ(Archaebacteria) tương đương với ngành Mendosicutes

2.5.2.2 Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn

Xạ khuẩn (Actinomycetes) là nhóm vi khuẩn thật(Eubacteria) Chúng có khuẩnlạc khô và đa số có dạng hình phóng xạ (actino-) nhưng khuẩn thể lại có dạng sợiphân nhánh như nấm (myces) Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên Số lượng

đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU- colony-forming unit) xạ khuẩn trong 1g đất thường đạt

tới hàng triệu Trên môi trường đặc đa số xạ khuẩn có hai koại khuẩn ty: khuẩn tykhí sinh (aerial mycelium) và khuẩn ty cơ chất (substrate mycelium) Nhiều loại chỉ

có khuẩn ty cơ chất nhưng cũng có loại (như chi Sporichthya) lại chỉ có khuẩn ty khí

sinh Đường kính khuẩn ti xạ khuẩn thay đổi trong khoảng từ 0.2 – 1.0 µm đến 2 3µm Giữa khuẩn lạc thường thấy có nhiều bào tử màng mỏng gọi là bào tử trần(conidia hay conidiospores) Nếu bào tử nằm trong bào nang (sporangium) thì đượcgọi là nang bào tử hay bào tử kín (sporangiospores) Bào tử ở xạ khuẩn được sinh ra

-ở đầu một số khuẩn ty theo kiểu hình thành các vách ngăn (septa) Xạ khuẩn thuộcnhóm vi khuẩn Gram dương, thường có tỷ lệ GC trong ADN cao hơn 55% Trong sốkhoảng 1000 chi và 5000 loài sinh vật nhân sơ đã công bố có khoảng 100 chi và

1000 loài xạ khuẩn Xạ khuẩn phân bố chủ yếu trong đất và đóng vai trò rất quantrọng trong chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Chúng sử dụng acid humic vàcác chất hữu cơ khó phân giải khác trong đất Mặc dù xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vậtnhân sơ nhưng chúng thường sinh trưởng dưới dạng sợi và thường tạo nhiều bào tử

Thậm chí một số loại xạ khuẩn còn hình thành túi bào tử như chi Streptosporangium, Micromonospora và bào tử di động như chi Actinoplanes, Kineosporia Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10 dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài Hiện nay, 478 loài đã được công bố thuộc chi Streptomyces và hơn 500

loài thuộc tất cả các chi còn lại và được xếp vào nhóm xạ khuẩn hiếm Xạ khuẩn

xuất hiện khi trong khối ủ có bổ sung 1/3 rơm rạ, khi nhiệt độ khối ủ tăng lên là khixạ khuẩn phát triển mạnh

Hình 2.10: Một số chi xạ khuẩn:

Đặc tính của xạ khuẩn là khả năng tiết kháng sinh (antibiotic), dùng làm thuốc

điều trị bệnh cho người và gia súc và cây trồng Xạ khuẩn còn có khả năng sinh racác vitamin thuộc nhóm B, một số acid amin và các acid hữu cơ Xạ khuẩn còn cókhả năng tiết ra các enzym (proteas, amylaz ) và trong tương lai có thể dùng xạ

khuẩn để chế biến thực phẩm thay cho nấm và vi khuẩn vì nấm có thể sinh raaflatonxin độc cho người và gia súc.

2.5.3 Nấm Trichoderma:

2.5.3.1 Nguồn gốc và phân loại

Nấm được xem là nhóm nguyên sinh động vật đa bào, không quang hợp và dịdưỡng Hầu hết các loại nấm có khả năng phát triển trong điều kiện có độ ẩm thấp,là điều kiện không thích hợp cho vi khuẩn Thêm vào đó, nấm có thể chịu được môitrường có pH khá thấp Giá trị pH tối ưu cho hầu hết các nhóm nấm vào khoảng 5, 6;nhưng giá trị pH cũng có thể dao động trong khoảng 2 – 9 Quá trình trao đổi chấtcủa các vi sinh vật này là quá trình hiếu khí chúng phát triển thành các sợi dài gọi làsợi nấm tạo thành từ nhiều tế bào có nhân và có chiều rộng thay đổi trong khoảng từ

4 – 20 µm Do nấm có khả năng phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ trong nhiều điềukiện môi trường thay đổi rất rộng, nên chúng được sử dụng rộng rãi

Trichoderma là chi khá phổ biến trong tự nhiên, đặc biệt là trong môi trường đất Theo Gary J Samuels, Trichoderma ít tìm thấy trong thực vật sống và chúng

không sống nội ký sinh với thực vật Ngày nay, hệ thống phân loại của nấm

Trichoderma vẫn chưa rõ ràng và khá phức tạp, do đó có nhiều ý kiến khác nhau đưa

ra khi phân loại giống nấm này

Theo Rifai (1969), Barnett H.L v Barry B Hunter (1972), Trichoderma spp

thuộc lớp nấm bất toàn Deuteromycetes (fungi imperfect); thứ tự vị trí phân loại nhưsau:

Giới : Nấm

Lớp : Deuteromycetes (nấm bất toàn)