Các loại công nghệ sản xuất phân compost
Ngày nay, mọi người đều ít nhiều biết đến việc ủ compost hay là một quá trình sinh học trong xử lý chất thải hữu cơ. Ủ compost cũng là quá trình không thể thiếu trong các mô hình xử lý chất thải rắn đô thị hiệu quả. Mô hình xử lý cơ sinh học (Mechanical Biological Treatment - MBT) được áp dụng phổ biến trên thế giới hiện nay chính là sự kết hợp hiệu quả của quá trình ủ compost hay phức hợp biogas-composting với các quá trình xử lý cơ học và tái chế khác. Nội dung của bài viết này nhằm trao đổi những khái niệm khoa học về quá trình ủ compost, các mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn áp dụng trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay. Những khái niệm khoa học về ủ 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 của con người, sản phẩm giống như mùn được gọi là compost. Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân hủy trong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóa các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật. [1] (Bảng). Lịch sử quá trình ủ compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nông nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3.000 năm trước Công 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 dụng compost 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 sư người Anh, Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn Độ. Đến nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ compost và nhiều mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn được phát triển trên thế giới. Compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị dưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và cây trồng. Sản phẩm compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nông nghiệp 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 trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, hay các sản phẩm dinh dưỡng, chữa bệnh cho vật nuôi và cây trồng[2]. 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 thành phần bổ sung thông thường có thể là sản phẩm sau ủ compost hay các thành phần giúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N). Việc bổ sung các chế phẩm có bản chất là vi sinh vật 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 vật chính là nhân tố quyết định sự thành công của quá trình ủ compost. Kiểm soát tốt quá trình ủ compost cũng giúp giảm phát sinh mùi ô nhiễm và loại bỏ các mầm vi sinh vật gây bệnh. Vì vậy các giải pháp kỹ thuật trong công nghệ ủ compost hiện đại đều hướng tới mục tiêu kiểm soát tối ưu các điều kiện môi trường cùng với khả năng vận hành thuận tiện. Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ compost từ chất thải rắn đô thị là phân loại để loại bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc hại khác vì chúng cản trở quá trình chuyển hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm compost. Các mô hình công nghệ trên thế giới Các mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn hiện nay trên thế giới được phân loại 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 thống kín, liên tục hay không liên tục. Mô hình ủ compost hệ thống mở phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có kết hợp thông khí cưỡng bức hoặc đảo trộn theo chu kỳ (Hình 1). Nhược điểm của hệ thống mở là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết và thời gian ủ có thể kéo dài, thường chỉ áp dụng ở quy mô nông trường, trang trại có diện tích mặt bằng lớn, xa khu đô thị. Đối với ủ compost quy mô công nghiệp trong các nhà máy lớn, hiện nay trên thế giới thường áp dụng mô hình ủ compost hệ thống kín (hay hệ thống có thiết bị chứa) giúp khắc phục được các nhược điểm của hệ thống mở, vận hành và kiểm soát quá trình thuận tiện. Thông thường hệ thống ủ compost kín hiện đại được thiết kế hoạt 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 theo nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòng vật liệu. Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là: 1) Thiết bị kiểu ngang (Hình 2); 2) Thiết bị quay (Hình 3); Các mô hình công nghệ tại Việt Nam Tại Việt Nam, một số mô hình xử lý chất thải rắn đô thị quy mô lớn cũng đã được đầu tư trong những năm gần đây. Trong đó có các dự án sử dụng nguồn vốn của Nhà nước và ODA, điển hình như tại Cầu Diễn - TP. Hà Nội (năm 2002) áp dụng công nghệ của Tây Ban Nha và tại TP. Nam Định (năm 2003) áp dụng công nghệ của Pháp. Một số dự án sử dụng nguồn vốn tư nhân đều áp dụng công nghệ trong nước như tại Thủy Phương - TP. Huế (năm 2004) áp dụng công nghệ An Sinh - ASC, tại Đông Vinh - TP. Vinh (năm 2005) và TX. Sơn Tây - tỉnh Hà Tây (đang chạy thử nghiệm) áp dụng công nghệ Seraphin. Trong đó, các mô hình công nghệ ủ compost áp dụng ở đây có thể chia thành các loại hình cơ bản như sau: 1) 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 (Hình 5). Nói chung, các mô hình ủ compost kiểu này đều ở cấp độ đơn giản, vẫn còn những nguy cơ phát sinh mùi ô nhiễm do hệ thống chưa khép kín. 2) Mô hình ủ compost kiểu luống động trong nhà kín tại Đông Vinh được thiết kế hoạt động liên tục, đảo trộn theo chu kỳ ngắn (Hình 6). Trong đó hỗn hợp nguyên liệu hữu cơ được đưa tới đầu vào của hệ thống, vận chuyển liên tục trong quá trình ủ bằng cách đảo 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 kế thông khí và xử lý khí thải bằng “biofilter”. Luống ủ được thiết kế với kích thước lớn và liên tục giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng, dễ vận hành. Đây là loại mô hình công nghệ đơn giản với chi phí đầu tư không lớn. Tuy nhiên 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 vận hành, thể tích nhà chứa lớn nên việc thu hồi và xử lý khí thải cũng là vấn đề phức tạp, dễ ảnh hưởng đến môi trường làm việc bên trong. 3) Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng hiện đang nghiên cứu và áp dụng tại TX. Sơn Tây (Hình 7), theo phân loại là một trong những mô hình hiện đại tương tự như các mô hình công nghệ của Hoa Kỳ. Thiết bị ủ compost kín kiểu đứng được thiết kế theo nguyên lý hoạt động liên tục, vật liệu ủ được nạp vào hàng ngày qua cửa nạp liệu ở phía trên và tháo liệu từ phía đáy của thiết bị. Quá trình ủ compost diễn biến qua các giai đoạn dọc theo chiều đứng của thiết bị. Việc thông khí trong quá trình ủ compost được hỗ trợ nhờ hệ thống các ống phân phối đều bên trong thiết bị. Quạt hút bố trí ở phía trên tạo sự chênh lệnh áp suất, nhờ đó khối ủ compost cũng được thông khí dọc theo chiều đứng của thiết bị và theo hướng đối lưu từ dưới lên trên. Toàn bộ khí thải quá trình ủ compost được thu hồi và xử lý bằng “biofilter” giúp bảo vệ môi trường tốt hơn. Loại mô 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 vận chuyển của vật liệu trong thiết bị nhờ trọng lực, thông khí cũng chủ yếu nhờ hiệu ứng đối lưu tự nhiên giúp giảm chi phí vận hành. Cấu trúc vận động của khối ủ bên trong thiết bị tạo ra các vùng hoạt động tối ưu tương ứng với các giai đoạn của quá trình ủ compost, giúp tăng cường hiệu quả, giảm thời gian quy trình và đảm bảo yêu cầu 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 cho việc chế tạo, lắp đặt hay nâng cấp mở rộng công suất, v.v. Công nghệ AN SINH -_ASC và SERAPHIN sẽ được các cơ quan quản lý chức năng thẩm định, đánh giá, Nhà nước sẽ hỗ trợ kinh phí để hoàn thiện cho phù hợp với điều kiện Việt Nam và sau đó sẽ nhân rộng áp dụng trong cả nước. Trên đây là những thông tin và kinh nghiệm thực tiễn về phương pháp và công nghệ ủ compost đang áp dụng trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay. Những nội dung trao đổi này cũng giúp làm cơ sở tư vấn trong việc lựa chọn một mô hình công nghệ ủ compost phù hợp. Tài liệu tham khảo