Đồ án sản xuất phân compost từ rác sinh hoạt

Đồ án sản xuất phân compost từ rác sinh hoạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

MỤC LỤC

Loại phân 28

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

Thành phố Hồ Chí Minh được mệnh danh là hòn ngọc biển đông của cả nước;

nó không chỉ là một trung tâm kinh tế, văn hóa, khoa học công nghệ, mà còn là đầu mối giao lưu quốc tế, có vị trí quan trong của cả nước Trên 30 năm qua nhân dân thành phố đã không ngừng phát huy truyền thống năng động, sáng tạo, vượt qua nhiều khó khăn, thử thách, đạt được nhiều thành tựu vượt bậc trên tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội Với vị thế và tầm cỡ quan trọng ấy, vấn đề vệ sinh môi trường luôn là mục tiêu hàng đầu của các cấp lãnh đạo thành phố Đặc biệt chất thải rắn là một trong những yếu tố quan trọng nhất tác động đến cảnh quan đô thị

và môi trường sinh thái Diện tích ở TP HCM là 2.095 km² Số quận/thị xã/huyện:

24 (19 quận nội thành và 5 huyện ngoại thành) Số dân: 8.500.000 (2007), nông thôn 14,2%, thành thị 85,8% , mật độ: 3.067 người/km²

Hiện nay, trung bình mỗi ngày TP HCM thải ra khoảng 6.000 tấn rác sinh hoạt Theo dự báo con số này sẽ tăng khoảng 10%/năm, cùng với sự gia tăng rác thải, chi phí cho công tác xử lý rác thải cũng tăng theo rất nhanh và đang trở thành gánh nặng cho ngân sách của TP HCM Theo thống kê của Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, tổng khối lượng rác tại các quận, huyện thí điểm thực hiện dự án phân loại chất thải rắn tại nguồn hiện nay đạt khoảng 1.250 tấn/ngày Khối lượng rác thải của các quận, huyện sắp xếp theo thứ tự như sau: quận 6 (300 tấn/ngày), quận 4 (285 tấn/ngày), quận 1 (260 tấn/ngày), quận 10 (190 tấn/ngày), quận 5 (125 tấn/ngày), huyện Củ Chi (90 tấn/ngày)

Nhưng lượng rác này hầu như đêm chôn lấp Biến rác thành phân compost chính là biến rác thành tiền Không những thế, hoạt động này còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế khác như tiết kiệm chi phí chôn lấp rác, tận dụng được nguồn tài nguyên rác, tạo công ăn việc làm cho người dân

Chính vì những vấn đề trên nhóm em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “nghiên cứu quy trình chế biến phân Compost từ rác sinh hoạt tại thành phố Hồ Chí Minh” nhằm giảm bớt sức ép đối với bãi rác của thành phố, góp phần ngăn chặn các thảm họa ô nhiễm môi trường do rác gây nên, cung cấp phân bón hữu cơ sinh học phục vụ cho nông nghiệp, hỗ trợ cho Đội cây xanh đô thị (cung cấp phân bón để trồng hoa, cây xanh trên hàng trăm tuyến đường) và góp phần làm cho thành phố HCM luôn xứng đáng là thành phố số 1 của cả nước

Trên cơ sở thu thập số liệu, kết hợp với các tài liệu có sẵn, đồ án nghiên cứu đưa ra quy trình chế biến phân Compost từ rác sinh hoạt của thành phố Hồ Chí Minh

trước tình hình chất thải rắn sinh hoạt ngày càng gia tăng nhanh chóng, có khả năng

gây nhiều tác hại đến con người và môi trường trong một tương lai gần Góp phần bảo vệ môi trường, giữ cho thành phố Hồ Chí Minh luôn xanh – sạch – đẹp

o Thu thập những số liệu sẵn có về lượng chất thải rắn phát sinh, thành phần

o Đề xuất công nghệ thích hợp để xử lý chất thải hữu cơ của TpHCM

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu luận

Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm ứng dụng vào thực tiễn dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học Theo định nghĩa này, cần phải có những nguyên tắc và phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đề được giải quyết

Nghiên cứu quy trình chế biến phân Compost từ rác thải sinh hoạt tại TpHCM

là nghiên cứu mối quan hệ từ nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đến khâu xử lý cuối cùng Từ đó đưa ra được phương pháp xử lý phù hợp nhất đối với chất thải rắn sinh hoạt tại TpHCM

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể

1.4.2.1 Phương pháp thu thập dữ liệu

Thu thập dữ liệu từ sở tài nguyên môi trường TpHCM, đội vệ sinh môi trường

đô thị, thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ để có cách nhìn nhận khách quan, toàn diện hơn cho công tác đánh giá

Do giới hạn về thời gian và phạm vi tìm hiểu, một phần nội dung của đồ án được thực hiện bằng cách thu thập số liệu trong các tài liệu nghiên cứu có liên quan đến việc nghiên cứu và các kết quả phân tích từ các mẫu rác của thành phố, các công thức và các mô hình dựa trên các tài liệu đã được công bố rộng rãi

1.4.2.2 Phương pháp phân tích, đánh giá

Dựa vào dữ liệu thu thập được, cùng với tài liệu đọc trên sách, internet … chúng ta sẽ phân tích, đánh giá công tác thu gom, vận chuyển và xử lý rác hiện tại của thành phố Phân tích, đánh giá ưu nhược điểm của các công nghệ xử lý rác Phân tích chi phí, lợi ích trong công tác xử lý rác sinh hoạt bằng phương pháp chế biến phân Compost

1.4.2.3 Phương pháp mô hình hóa môi trường

Phương pháp này được sử dụng trong đồ án để dự báo dân số và tốc độ phát sinh chất thải rắn trên địa bàn TpCM từ nay đến năm 2030 thông qua mô hình sinh trưởng – phát triển (mô hình Euler cải tiến) trên cơ sở số liệu dân số hiện tại và tốc

độ tăng trưởng dân số

Mô hình Euler cải tiến là mô hình mang tính toán học giúp tính toán, dự báo trên một khoảng thời gian dài với công thức như sau :

Ni +1 = Ni + rΔ t

N(i + 1)/ 2 = (Ni + 1 + Ni)/2

N’

i + 1 = Ni + rΔ t.N(i+1)/2

Trong đó: Ni: số dân tại năm i

Ni + 1: số dân tại năm tính toán (người)

Δ t: khoảng thời gian chênh lệch, thường lấy Δ t = 1 năm

r: tốc độ gia tăng dân số (%)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COMPOST

TỪ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ

- Khu dân cư

- Khu thương mại

- Cơ quan, công sở

- Khu xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng

- Khu công cộng

- Nhà máy xử lý chất thải

- Công nghiệp

- Nông nghiệp

- Hộ gia đình, biệt thự, chung cư

- Nhà kho, nhà hàng, chợ, khách sạn, nhà trọ, các trạm sữa chữa và dịch vụ

- Trường học, bệnh viện, văn phòng, công sở nhà nước

- Khu nhà xây dựng mới, sữa chữa nâng cấp mở rộng đường phố, cao ốc, san nền xây dựng

- Đường phố, công viên, khu vui chơi giải trí, bãi tắm

- Nhà máy xử lý nước cấp, nước thải và các quá trình xử lý chất thải công nghiệp khác

- Công nghiệp xây dựng, chế tạo, công nghiệp nặng, nhẹ, lọc dầu, hoá chất, nhiệt điện

- Đồng cỏ, đồng ruộng, vườn cây ăn quả, nông trại

- Thực phẩm dư thừa, giấy, can nhựa, thuỷ tinh, can thiếc, nhôm

- Giấy, nhựa, thực phẩm thừa, thủy tinh, kim loại, chất thải nguy hại.Rác vườn, cành cây cắt tỉa, chất thải chung tại các khu vui chơi, giải trí Bùn, tro, Chất thải do quá trình chế biến công nghiệp, phế liệu, và các rác thải sinh hoạt

- Thực phẩm bị thối rửa, sản phẩm nông nghiệp thừa, rác, chất độc hại.

(Nguồn: Integrated Solid Waste Management, McGRAW-HILL 1993)

Bảng 2.1 Nguồn gốc các loại chất thải

Nguồn phát sinh Nơi phát sinh Các dạng chất thải rắn

Khu dân cư Hộ gia đình, biệt thự, chung cư Thực phẩm dư thừa, giấy,

can nhựa, thủy tinh, nhôm

Khu thương mại Nhà kho, nhà hàng, chợ, khách

sạn, nhà trọ, các trạm sửa chữa

và dịch vụ

Giấy, nhựa, thực phẩm thừa, thủy tinh, kim loại, chất thải nguy hại

Cơ quan, công sở Trường học, bệnh viện,

văn phòng cơ quan chính phủ

Giấy, nhựa, thực phẩm dư thừa, thủy tinh, kim loại, chất thải nguy hại

Công trình xây

dựng Khu nhà xây dựng mới, sửa chửa chữa nâng cấp mở

rộng đường phố, cao ốc, san nền xây dựng

Gỗ, bê tông, thép, gạch, thạch cao, bụi

Dịch vụ công

cộng đô thị

Hoạt động dọn rác vệ sinh đường phố, công viên, khu vui chơi giải trí, bãi tắm

Rác cành cây cắt tỉa, chất thải chung tại khu vui chơi, giải trí

Các khu công

nghiệp Công nghiệp xây dựng, chế tạo, công nghiệp nặng- nhẹ, lọc dầu,

hóa chất, nhiệt điện

Chất thải do quá trình chế biến công nghiệp, phế liệu,

và các rác thải sinh hoạtNông nghiệp Đồng cỏ, đồng ruộng, vườn cây

ăn trái, nông trại

Thực phẩm bị thối rửa, sản phẩm nông nghiệp thừa, rác, chất độc hại

(Nguồn: Nguyễn Văn Phước - Giáo trình Quản Lý Chất Thải Rắn)

2.2 Thành phần chất thải rắn

- Ở các đô thị Việt Nam, tốc độ phát sinh rác thải tùy thuộc vào từng loại đô thị

và dao động từ 0,35 kg/người.ngày đến 1,2kg/người

- Theo điều tra, lượng chất thải rắn trung bình phát sinh từ các đô thị thành phố năm 1996 là 16.237 tấn/ngày; năm 1997 là 19.315 tấn/ngày, đến năm 1998 thì đạt giá trị 22.210 tấn/ngày Hiệu suất thu gom từ 40%-67% ở các thành phố lớn và từ 20%-40% ở các đô thị nhỏ Lượng bùn cặn cống thường lấy theo định

kì hàng năm, ước tính trung bình cho một ngày là 822 tấn Tổng lượng chất thải rắn phát sinh và tỉ lệ thu gom được thể hiện trong bảng 2.2 dưới đây

- Trọng lượng riêng của chất thải rắn đóng vai trò quyết định trong việc lựa chọn thiết bị thu gom và phương thức vận chuyển Số liệu này dao động theo mật độ dân cư và thành phần kinh tế hoạt động chủ yếu ở từng đô thị:

- Hợp phần có thành phần hữu cơ cao (50,27% - 62,22%)

- Chứa nhiều đất cát, sỏi đá vụn, gạch vỡ, vỏ sò, sành sứ…

- Độ ẩm cao, nhiệt trị thấp (900kcal/kg)

Bảng 2.2: Lượng chất thải tạo thành và tỉ lệ thu gom trên toàn quốc từ năm (1997-1999).

Loại chất thải Lượng phát sinh Lượng thu gom (%)

1997 1998 1999 1997 1998 1999Chất thải sinh hoạt 14.525 16.558 18.879 55 68 75Bùn, cặn cống 822 920 1.049 90 92 92Phế thải xây dựng 1.798 2.049 2.336 55 65 65Chất thải y tế nguy hại 240 252 277 75 75 75Chất thải CN nguy hại 1.930 2.2 2.508 48 50 60

(Nguồn: Số liệu quan trắc –CEETIA –năm 2000)

Bảng 2.3: Thành phần chất thải rắn ở một số đô thị năm 1998 % theo tải lượng

Thành phần Hà Nội Hải Phòng Hạ Long Đà Nẵng Tp HCMChất hữu cơ 50,1 50,58 40,1-44,7 31,50 41,25Cao su, nhựa 5,50 4,52 2,7-4,5 22,50 8,78Giấy, carton, giẻ vụn 4,2 7,52 5,5-5,7 6,81 24,83Kim loại 2,50 0,22 0,3-0,5 1,04 1,55Thủy tinh, gốm, sứ 1,8 0,63 3,9-8,5 1,08 5,59Đất, đá, cát, gạch vụn 35,90 36,53 47,5-36,1 36,0 18

-  Khối lượng riêng

Trọng lượng riêng của chất thải rắn là trọng lượng của một đơn vị vật chất tính trên một đơn vị thể tích (kg/m3) Bởi vì chất thải rắn có thể ở các trạng thái như xốp, chứa trong các container, nén hoặc không nén được… nên khi báo cáo giá trị trọng lượng riêng phải chú thích trạng thái mẫu rác một cách rõ ràng

Trọng lượng riêng thải đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: vị trí địa lý, mùa trong năm, thời gian lưu trữ chất thải… trọng lượng riêng của một chất thải đô thị điển hình là khoảng 500 lb/yd3 (300kg/m3)

Ghi chú: 1lb = 0,4536 kg, 1yd3 = 0,764m3

Phương pháp xác định trọng lượng riêng của chất thải rắn:

Mẫu chất thải rắn để xác định trọng lượng riêng có thể có thể tích khoảng 500lít sau khi xáo trộn bằng kỹ thuật “Một phần tư” các bước tiến hành như sau:

1 Đổ nhẹ mẫu chất thải rắn vào phòng thí nghiệm có thể tích đã biết (tốt nhất là thùng có dung tích 100 lít) cho đến khi chất thải đầy đến miệng thùng.

2 Nâng thùng chứa lên cách mặt sàn khoảng 30 cm và thả rơi tự do, lặp lại 04 lần

3 Tiếp tục làm đầy thùng bằng cách đổ thêm mẫu chất thải rắn vào thùng thí nghiệm để bù vào phần chất thải đã đè xuống

4 Cân và ghi khối lượng của cả thùng thí nghiệm và chất thải rắn

5 Trừ khối lượng cân được ở trên cho khối lượng của thùng thí nghiệm được khối lượng của phần chất thải thí nghiệm

6 Chia khối lượng tính từ bước trên cho thể tích của thùng thí nghiệm ta được khối lượng của phần chất thải rắn thí nghiệm

7 Lập lại thí nghiệm ít nhất hai lần để có giá trị trọng lượng riêng trung bình

- Khả năng giữ nước tại thực địa (hiện trường)

Khả năng giữ nước tại hiện trường của chất thải rắn là toàn bộ lượng nước mà

nó có thể giữ lại trong mẫu chất thải dưới tác dụng kéo xuống của trọng lực Là một chỉ tiêu quan trọng trong việc tính toán xác định lượng nước rò rỉ từ bãi rác Khả năng giữ nước tại hiện trường thay đổi phụ thuộc vào áp lực nén và trạng thái phân hủy của chất thải (ở khu dân cư và các khu thương mại thì dao động trong khoảng 50 – 60%)

2.3.2 Tính chất hóa học của chất thải rắn

Các thông tin về thành phần hóa học đóng vai trò rất quan trọng trong việc đánh giá các phương pháp lựa chọn phương thức xử lý và tái sinh chất thải Có

04 phân tích hóa học quan trọng nhất là:

- Phân tích gần đúng sơ bộ

- Điểm nóng chảy của tro

- Phân tích cuối cùng (các nguyên tố chính)

- Hàm lượng năng lượng của chất thải rắn

1) Phân tích sơ bộ

Phân tích sơ bộ gồm các thí nghiệm sau:

- Độ ẩm (lượng nước mất đi sau khi sấy ở 1050C trong 1h)

- Chất dễ cháy bay hơi (trọng lượng mất đi thêm vào khi đem mẫu chất thải rắn

đã sấy ở 1000C trong 1h, đốt cháy ở nhiệt độ 9500C trong lò nung kín)

- Carbon cố định (phần vật liệu còn lại dễ cháy sau khi loại bỏ các chất bay hơi)

- Tro (trọng lượng còn lại sau khi đốt cháy trong lò hở)

2) Điểm nóng chảy của tro

Điểm nóng chảy của tro là nhiệt độ đốt cháy chất thải để tro sẽ thành một khối rắn (gọi là clinker) do sự nấu chảy và kết tụ, và nhiệt độ này khoảng 2000 đến

22000F (1100 đến 12000C)

3) Phân tích cuối cùng các thành phần tạo thành chất thải rắn

Phân tích cuối cùng các thành phần tạo thành chất chủ yếu xác định phần trăm (%) của các nguyên tố C, H, O, N, S và tro Kết quả phân tích cuối cùng mô tả các thành phần hóa học của chất hữu cơ trong chất thải rắn Kết quả này còn đóng vai trò

rất quan trọng trong việc xác định tỉ số C/N của chất thải có thích hợp cho quá trình

chuyển hóa sinh học hay không

4) Hàm lượng năng lượng của các thành phần chất thải rắn

- Hàm lượng năng lượng của các thành phần chất hữu cơ trong chất thải rắn có

thể xác định bằng một trong các cách sau:

- Sử dụng nồi hay lò chưng cất qui mô lớn

- Sử dụng bình đo nhiệt trị trong phòng thí nghiệm

- Bằng cách tính toán nếu công thức hóa học hình thức được biết

Nhiệt trị

Giá trị nhiệt tạo thành khi đốt chất thải rắn Giá trị này được xác định

theo công thức Dulong cải tiến:

Btu/lb = 145C + 610(H2 – 1/8O2) + 40S + 10N) KJ/kg = (Btu/lb).2,326 ; (%)

Trong đó:

C: % trọng lượng của Carbon H: % trọng lượng của Hidro

O: % trọng lượng của Oxi

S: % trọng lượng của Sulfua N: % trọng lượng của Nitơ

Bảng 2.4: Thành phần hóa học của các hợp chất cháy được của CTR.

Hợp phần % trọng lượng theo trạng thái khô

6,465,97,26,6108663

37,64444,622,831,2không xđ11,63842,72

2,60,30,3không xđ4,62103,40,20,5

0,40,20,2không xđ4,6không xđ0,40,30,10,2

565102,4510104,51,568

(Nguồn: Trần Hiếu Nhuệ, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái, Quản lý chất

thải rắn đô thị, NXB Xây Dựng – Hà Nội -2001)

2.4 Phân loại chất thải rắn

Chất thải rắn rất đa dạng, vì vậy có nhiều cách phân loại khác nhau như:

2.4.1 Phân loại theo công nghệ quản lý – xử lý

Phân loại chất thải rắn theo dạng này, người ta chia ra các loại: Các chất cháy được, các chất không cháy được, các chất hỗn hợp

Bảng 2.5: Phân loại theo công nghệ xử lý

- Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ gỗ, tre, nứa, rơm

- Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ da và cao su

- Các túi giấy, các mảnh bìa, giấy vệ sinh…

- Vải, len…

- Các rau, quả, thực phẩm…

- Đồ dùng bằng gỗ như: bàn, ghế, tủ…

- Phim cuộn, túi chất dẻo, chai

dễ bị nam châm hút

- Các vật liệu không bị nam châm hút

- Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ thủy tinh

- Các vật liệu không cháy khác ngoài kim loại và thủy tinh

- Hàng rào, dao, nắp lọ…

- Vỏ hộp nhôm, đồ đựng bắng kim loại…

- Chai lọ, đồ dùng bằng thủy tinh, bóng đèn…

- Vò trai, ốc, gạch đá, gốm, sành, sứ…

3/ Các chất hỗn hợp - Tất cả các loại vật liệu

khác không phân loại ở phần

1 và phần 2 đều thuộc loại này

Loại này có thể chia làm 2 phần với kích thước >5mm và

<5mm

- Đá cuội, cát, đất, tóc…

(Nguồn: Bảo vệ môi trường trong xây dựng cơ bản, Lê Văn Nãi, nhà xuất bản

Khoa học Kỹ thuật, 1999.)

2.4.2 Phân loại theo quan điểm thông thường

- Rác thực phẩm: Bao gồm phần thừa thải, không ăn được sinh ra trong quá trình lưu trữ, chế biến, nấu ăn… Đặc điểm quan trọng của loại rác này là phân hủy nhanh trong điều kiện thời tiết nóng ẩm Quá trình phân hủy thường gây ra mùi hôi khó chịu

- Rác rưởi: Bao gồm các chất cháy được và các chất không cháy được, sinh ra

từ các hộ gia đình, công sở, hoạt động thương mại… Các chất cháy được như giấy, carton, plastic, vải, cao su, da, gỗ… và chất không cháy được như thủy tinh, vỏ hộp kim loại…

- Tro, xỉ: vật chất còn lại trong quá trình đốt củi, than, rơm, lá… ở các hộ gia đình, công sở, nhà hàng, nhà máy, xí nghiệp…

- Chất thải xây dựng: Đây là chất thải rắn từ quá trình xây dựng, sửa chữa nhà, đập phá công trì nh xây dựng tạo ra các xà bần, bêtông…

- Chất thải đặc biệt: Được liệt vào loại rác này có rác thu gom từ việc quét đường, rác từ thùng rác công cộng, xác động vật, xe ôtô phế thải…

- Chất thải từ các nhà máy xử lý ô nhiễm: chất thải này có hệ thống xử lý nước,

từ nước thải, từ các nhà máy xử lý chất thải công nghiệp Thành phần chất thải loại này đa dạng và phụ thuộc vào bản chất của quá trình xử lý Chất thải này thường là chất thải dạng rắn hoặc bùn (nước chiếm từ 25 – 95%)

- Chất thải nông nghiệp: Vật chất loại bỏ từ các hoạt động nông nghiệp như gốc rơm, rạ, cây trồng, chăn nuôi Hiện nay chất thải này chưa được quản lý tốt ngay

ở các nước phát triển vì đặc điểm phân tán về số lượng và khả năng tổ chức thu gom

- Chất thải nguy hại: bao gồm chất thải hóa chất, sinh học dễ cháy, dễ nổ hoặc mang tính phóng xạ theo thời gian có ảnh hưởng đến đời sống con người, động thực vật Những chất này thường xuất hiện ở thể lỏng, khí và rắn Đối với chất thải loại này, việc thu gom, xử lý phải hết sức cẩn thận

2.5 Phương pháp ủ phân sinh học

2.5.1 Quá trình làm phân compost

Quá trình làm phân compost là quá trình sinh học thường dùng để chuyển hóa phần chất hữu cơ có trong CTRSH thành dạng humus bền vững được gọi là compost Những chất có thể sử dụng làm compost bao gồm: rác vườn, CTRSH đã phân loại, CTRSH hỗn hợp, kết hợp giữ CTRSH và bùn từ trạm

xử lý nước thải

Tất cả các quá trình làm compost đều xảy ra theo ba bước: (1) xử lý sơ bộ CTRSH, (2) phân hủy hiếu khí phần chất hữu cơ của CTRSH và (3) bổ sung chất cần thiết để tạo thành sản phẩm có thể tiêu thụ trên thị trường

Trong quá trình làm phân compost hiếu khí, các vi sinh vật tùy tiện và

hiếu khí bắt buộc chiếm ưu thế Ở giai đoạn đầu – pha thích nghi, giai đoạn cần thiết

để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới – vi sinh vật ưu lạnh (mesophilic) chiếm ưu thế nhất Khi nhiệt độ gia tăng- pha tăng trưởng và pha ưu nhiệt – vi sinh vật chịu nhiệt (thermophilic) lại là nhóm trội trong khoảng từ 5-10 ngày Và ở giai đọn cuối – pha trưởng thành – khuẩn tia (actinomycetes) và mốc xuất hiện Do các loại vi sinh vật này có thể không tồn tại trong CTRSH ở nồng độ thích hợp, nên cần bổ sung chúng vào vật liệu làm phân như là chất phụ gia

Phương pháp ủ compost có thể được phân loại theo cách chất thải rắn được chứa trong container hay không (phương pháp ủ ngoài trời và phương pháp ủ trong container), hoặc theo cách oxygen được cung cấp tới phần ủ compost (phương pháp thổi khí cưỡng bức và phương pháp thổi khí thụ động), hoặc theo hình dạng phần ủ compost (phương pháp ủ theo luống dài – windrow, hay phương pháp ủ theo đống)

2.5.2 Định nghĩa compost và quá trình chế biến compost

Theo Haug, 1993, quá trình chế biến compost và compost được định nghĩa như sau: Quá trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định của chất hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ thermorpholic Kết quả của quá trình phân hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổ định, không mang mầm bệnh và có ích trong việc ứng dụng cho cây trồng

Compost là sản phẩm của quá trình chế biến compost, đã được ổ định như humus, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn trùng, có thể được lưu trữ

an toàn và có lợi cho sự phát triển của cây trồng

Các phản ứng hóa sinh

Quá trình phân hủy chất thải xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian Ví dụ quá trình phân hủy protein bao gồm các bước: protein => protides =>amono acids => hợp chất ammonium => nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3

Đối với carbonhydrates, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước sau: carbonhydrate => đường đơn => acids hữu cơ => CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn

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

1 Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới

2 Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic

3 Pha ưu nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn định hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phản

ứng hóa sinh này được đặc trưng bằng các phương trình (3.1) và (3.2) trong trường hợp làm phân copost hiếu khí và kị khí như sau:

CONHS + O2 + VSV hiếu khí => CO2 + NH3 + sp khác + năng lượng

COHNS +O2 +VSV kị khí =>CO2 +H2S +NH3 + CH4 + sp khác + năng lượng

4 Pha trưởng thành (maturation phase) là giai đoạn nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ

…) và cuối cùng thành mùn Các phản ứng nitrate hóa, trong đó ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổ định hóa chất thải như trình bày ở 2 phương trên) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrate ( NO3-) cũng xảy ra như sau:

Phương trình phản ứng nitrate hoá tổng cộng xảy ra như sau:

22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- 21 NO3- + C5H7NO2 + 20 H2O + 42H+

Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trình ủ, phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các vi sinh vật và thiết kế của hệ thống

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ CTR Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55 – 650C, vì ở nhiệt độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này, sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hữu

cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh

Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu

chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý.

- Độ ẩm

Độ ẩm (nước) là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ Vì nước cần thiết cho quá trình hoà tan dinh dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR nằm trong khoảng 50-60% Các vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy CTR thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử CTR Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn khi độ ẩm quá lớn (> 65%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác

Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào Độ ẩm cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như: mạt cưa, rơm rạ…

Thông thường độ ẩm của phân bắc, bùn và phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó cần bổ sung các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệ thống sản xuất phân hữu cơ liên tục, độ ẩm có thể khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm phân hữu cơ như sơ đồ:

- Kích thước hạt

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hat, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ và giảm mức độ hoạt tính của vi sinh vật Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho

sự phân bố khí không đều, không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3 – 50mm Kích thước hạt tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu CTR đô thị và CTR công nghiệp phải được nghiền đến kích thước thích hợp trước khi làm phân Phân bắc, bùn và phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học

- Độ xốp

Độ xốp là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ Độ xốp tối ưu sẽ thay đổi tuỳ theo loại vật liệu chế biến phân Thông thường, độ xốp cho quá trình chế biến diễn ra tốt khoảng 35 – 60%, tối ưu là 32 – 36%

Độ xốp của CTR ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho

sự trao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phần tử hữu cơ hiện diện trong các vật liệu ủ Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt

Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệ trộn hợp lý

- Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân rác

Kích thước và hình dạng của các đống ủ có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt

độ và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy

- Thổi khí

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để vi sinh vật sử dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt Nếu khí không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kị khí, gây mùi hôi

Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách:

Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân hủy cao nhất Tuy nhiên, lưu lượng khí phải được khống chế thích hợp Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đến chi phí cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an toàn

vì có thể chứa vi sinh vật gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối phân lớn hơn

7, cùng với quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát nitơ dưới dạng NH3 Trái lại, nếu thổi khí quá ít, môi trường bên trong khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho quá trình ủ phân thường trong khoảng 5 –10m3 khí/tấn nguyên liệu/h

2.5.3.2 Các yếu tố hóa sinh

Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật: trong

đó cacbon và nitơ là cần thiết nhất, tỉ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất; Photpho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp; Lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào

Khoảng 20% - 40%C của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiết cho quá trình đồng hoá thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hoá thành CO2 Cacbon cung cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng

tế bào vi sinh vật Nitơ là thành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin, enzyme, co-enzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào

Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1 Ở mức tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai Ở mức tỷ lệ cao hơn,

sự phân hủy xảy ra chậm

Tỷ lệ C/N của các chất thải khác nhau được trình bày trong bảng sau Trừ phân ngựa và lá khoai tây, tỷ lệ C/N của tất cả các chất thải khác nhau đều phải được điều chỉnh để đạt giá trị tối ưu trước khi tiết hành làm phân

Mặc dù đạt tỷ lệ C/N khoảng 30:1 là mục tiêu tối ưu trong quá trình ủ phân rác, nhưng tỷ lệ này có thể được hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các thành phần có hàm lượng lignin cao.

Trong thực thế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ lệ C/N tối ưu gặp phải khó khăn vì những lý do sau:

• Một phần các cơ chất như cellulose và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ bị phân hủy sau một khoảng thời gian dài

• Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không sẵn 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 quả chính xác

Hàm lượng cacbon có thể xác định theo phương trình sau:

8,1

%100

%C = − tro

% C trong phương trình này là lượng vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệt độ

5500C trong 1 giờ Do đó, một số chất thải chứa phần lớn nhựa (là thành phần bị phân hủy ở 5500C) sẽ có giá trị %C cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủy sinh học

Nếu tỷ lệ C/N của CTR làm phân cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của vi sinh vật do thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hoá, oxy hoá phân carbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn Theo nghiên cứu cho thấy, nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 – 50, thời gian cần thiết

là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày

và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân rác Nếu

hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật

Vận tốc phân hủy dao động tuỳ theo thành phần, kích thước, tính chất của chất hữu cơ Chất hữu cơ hoà tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hoà tan Lignin

và ligno – cellulosics là những chất phân hủy rất chậm

Bảng 2.7: Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí

1 Kích thước Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước CTR khoảng 25 –75mm

2 Tỉ lệ C/N

Tỉ lệ C:N tối ưu dao động trong khoảng 25 - 50-Ở tỉ lệ thấp hơn, dư NH3, hoạt tính sinh học giảm-Ở tỉ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế

3 Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn

4 Độ ẩm Nên kiểm soát trong phạm vi 50 – 60% trong suốt quá trình ủ Tối ưu là 55%

5 Đảo trộn Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và sự tạo thành các rảnh khí, trong quá trình làm phân hữu cơ, CTR phải được xáo trộn

định kỳ Tần suất đảo trộn phụ thuộc vào quá trình thực hiện

6 Nhiệt độ

Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng 50 – 550C đối với một vài ngày đầu và 55 – 600C trong những ngày sau đó Trên 660C, hoạt tính vi sinh vật giảm đáng kể

7 Kiểm soát

mầm bệnh Nhiệt độ 60 – 700C, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt

8 Nhu cầu về

không khí

Lượng oxy cần thiết được tính toán dựa trên cân bằng tỷ lượng

Không khí chứa oxy cần thiết phải được tiếp xúc đều với tất cả các phần của CTR làm phân

9 pH Tối ưu: 7 – 7,5 Để hạn chế sự bay hơi Nitơ dưới dạng NH3, pH

không được vượt quá 8,5

CHƯƠNG 3: TIỀM NĂNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ COMPOST XỬ LÝ

CHẤT THẢI HỮU CƠ TẠI TP HỒ CHÍ MINH

Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống của người dân ngày càng được nâng

cao, kéo theo tốc độ thải rác của mỗi người cũng tăng Do đó, khối lượng chất thải rắn phát sinh phụ thuộc vào sự phát triển dân số của thành phố Hồ Chí Minh.

3.1 Dự báo dân số thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2030.

Dân số vào năm 2030 được tính theo công thức:

N = N0(1 + α)Δt

Trong đó:

N0: dân số hiện tại (năm 2010), N0 = 7.162.864 ngườiα: tỉ lệ gia tăng dân số (%), α = 1,07 (%)

Δt: khoảng thời gian tính toán (năm)

Năm Dân số (người)

3.2 Dự báo khối lượng phân Compost từ chất thải rắn sinh hoạt đến năm 2030

Với dân số hiện nay là 7 162 864 người, mỗi ngày thành phố Hồ Chí Minh

đã thải ra môi trường với khối lượng rác thải sinh hoạt khoảng 7000 tấn (tương đương 1500m3), hệ số phát sinh rác thải là 1,0 kg/người/ngày

ả ng 3 1 : Hệ số phát sinh rác thải theo WHO

Loại hình đô thị Hệ số phát sinh rác thải (kg/người/ngày)

B

ả ng 3 2 : Dự báo khối lượng rác sinh hoạt thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2030.

Năm Dân số

Hệ số phát sinh rác thải (kg/người/

ngày)

Lượng rác trung bình ngày(tấn)

Lượng rác trung bình năm(tấn)

Lượng rác tích lũy qua các năm (tấn)

Lượng rác hữu cơ ngày(tấn)

Với số liệu tính toán trong bảng trên, ta nhận thấy khối lượng rác hữu cơ được thu gom trong ngày rất lớn: năm 2010: 5372.2 tấn/ngày, và năm 2030 con số này đã lên tới 7975.8 tấn/ngày Để đánh giá tiềm năng áp dụng công nghệ sản xuất compost

để xử lý lượng rác hữu cơ của thành phố Hồ Chí Minh theo bảng tính toán trên, cần phải xác định bằng phương pháp tính toán và con số cụ thể

Lượng rác hữu cơ phát thải hàng ngày đã tính toán ở bảng trên, sử dụng số liệu này để tính toán lượng compost sản xuất được Với 55 – 60% lượng chất thải rắn hữu

cơ ban đầu tạo ra compost Chọn giá trị 55%, ta có bảng tính toán sau:

Lượng compost thu được (tấn/năm)