nghiên cứu tinh luyện sio2 từ tro trấu để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao

Tên đề tài: Nghiên cứu tinh luyện SiO 2 từ tro trấu bằng phương pháp sinh học để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao 3.. Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh nguồn tài nguy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG CHẤT LƯỢNG CAO

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn :Th.S Vũ Hải Yến Sinh viên thực hiện : Vương Mỹ Ngọc MSSV: 0951080056 Lớp: 09DMT2

TP Hồ Chí Minh, 2013

Khoa: MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài:

Tên: Vương Mỹ Ngọc MSSV: 0951080056 Lớp: 09DMT2 Ngành : Môi Trường

Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi Trường

2 Tên đề tài: Nghiên cứu tinh luyện SiO 2 từ tro trấu bằng phương pháp sinh học

để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao

3 Các dữ liệu ban đầu:

− Tổng quan phế phẩm nông nghiệp, tro trấu, vật liệu xây dựng, Compost

− Tình hình nghiên cứu tinh luyện SiO2 từ tro trấu để sản xuất vật liệu xây dựng

4 Các yêu cầu chủ yếu :

− Tổng quan tài liệu

− Tình hình nghiên cứu các phương pháp tinh luyện SiO2 trong và ngoài nước

− Xây dựng và chạy mô hình trên quy mô phòng thí nghiệm

− Kết quả và thảo luận

5 Kết quả tối thiểu phải có:

− Xây dựng mô hình thực tế, chạy mô hình trong quá trình ủ và ghi nhận kết quả theo dõi các chỉ tiêu đến khi kết thúc

− Tính toán sau khi kết thúc So sánh các phương pháp nghiên cứu trước

− Báo cáo thuyết minh đề tài

Ngày giao đề tài: 01/04/2013 Ngày nộp báo cáo: 17/07/2013

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình tính toán của tôi, có sự hỗ trợ của giáo viên hướng dẫn là Thạc sĩ Vũ Hải Yến Các nội dung tính toán và kết quả trong đề tài này

là trung thực Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, tính toán được chính tôi thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác và cũng như được thể hiện trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng cũng như kết quả luận văn của mình

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2013

Vương Mỹ Ngọc

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Môi trường

và Công nghệ sinh học Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố

Hồ Chí Minh đã tận tình dạy bảo tôi suốt thời gian học tập tại trường

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đếnThạc sĩ Vũ Hải Yến người đã giao

đề tài và giành nhiều thời gian hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiệnđề tài này.

Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy và các anh chị em trong phòng thí nghiệm khoa Môi trường và công nghệ sinh học trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Xin gửi lòng biết ơn với gia đình tạo điều kiện cho tôi có thể học tập, luôn động viên tôi trong suốt quá trình học và thực hiện đề tài

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2013

Người thực hiện đề tài

Vương Mỹ Ngọc

MỤC LỤC

M ỤC LỤC i

DANH M ỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH M ỤC BẢNG v

DANH M ỤC HÌNH ẢNH vii

M Ở ĐẦU 1

1 Tính c ấp thiết của đề tài 1

2 M ục đích nghiên cứu 2

3 Nhi ệm vụ nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

7 Các k ết quả đạt được của đề tài 3

8 K ết cấu đồ án tốt nghiệp 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 T ổng quan tro trấu 5

1.1.1 Ngu ồn gốc tro trấu 5

1.1.2 Tình hình phát sinh tro tr ấu 6

1.1.3 Thành ph ần hóa học của tro trấu 8

1.1.4 Các ứng dụng của tro trấu 9

1.2 T ổng quan vật liệu xây dựng 10

1.2.1 Xi măng 10

1.2.2 Ph ụ gia trong ngành vật liệu xây dựng 12

1.3 T ổng quan về Compost 17

1.3.1 Định nghĩa 17

1.3.2 Các ph ản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ hiếu khí 18

1.3.3 Các y ếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ hiếu khí 19

1.3.4 Tăng cường sinh học trong quá trình ủ hiếu khí 24

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 27

2.1 Tình hình nghiên c ứu ngoài nước 27

2.2 Tình hình nghiên c ứu trong nước 28

2.2.1 Đề tài Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xây d ựng (Vũ Thị Bách, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh,2010) 28

2.2.2 Đề tài “Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình H ải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng” (Nguyễn Thị Chi ều Dương, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, 2011) 30 2.2.3 Nh ận xét về hai phương pháp 33

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

3.1 Mô hình nghiên c ứu 34

3.2 V ật liệu nghiên cứu 34

3.2.1 Tro tr ấu 34

3.2.2 Phân urê 36

3.2.3 Ch ế phẩm vi sinh 37

3.3 Phương pháp nghiên cứu 38

3.3.1 Phương pháp nhiệt 38

3.3.2 Phương pháp sinh học 38

3.4 Phương pháp phân tích 41

3.5 X ử lí số liệu 42

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 43

4.1 Phương pháp nhiệt 43

4.1.1 K ết quả 43

4.1.2 Nh ận xét 44

4.2 Phương pháp sinh học 44

4.2.1 Nhi ệt độ 44

4.2.2 pH 46

4.2.3 Độ ẩm 47

4.2.4 Độ sụt giảm thể tích 49

4.2.5 Hàm lượng Nitơ 50

4.2.6 Hàm lượng chất hữu cơ 52

4.2.7 Hàm lượng Cacbon 53

4.2.8 Nh ận xét chung 54

4.3 Nh ận xét các phương pháp 55

4.3.1 Phương pháp nhiệt 55

4.3.2 P hương pháp hóa học 56

4.3.3 Phương pháp sinh học 56

4.3.4 Bàn lu ận 57

K ẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 60

K ết luận 60 Ki ến nghị 60

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 61

Chất hữu cơ

Hoạt tính Khu công nghiệp

Phụ gia khoáng hoạt tính Tiêu chuẩn Việt Nam

Việt Nam đồng

Vô định hình

Vi sinh vật

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu[11]

5

B ảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu[12] 6

B ảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu[12] 9

B ảng 1.4 Hàm lượng các oxit trong clinke Portland[10] 12

Bảng 1.5 Khoảng nhiệt độ của các nhóm VSV 20

B ảng 1.6 Tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế biến compost 24

B ảng 2.1 Kết quả kiểm tra hoạt tính vật liệu 29

B ảng 2.2 Kết quả đo độ bền nén trung bình của mẫu vữa 29

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu tro trấu đầu vào 36

B ảng 3.2 Hàm lượng Nitơ và Cacbon trong mẫu phân urê 37

B ảng 3.3 Các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu 37

B ảng 3.4 Tỉ lệ phối trộn 39

Bảng 3.5 Thông số đầu vào quá trình ủ hiếu khí 40

B ảng 3.6 Chỉ tiêu và tần suất theo dõi quá trình ủ 41

B ảng 3.7 Các phương pháp phân tích 41

B ảng 4.1 Hiệu suất xử lí tro trấu bằng phương pháp nhiệt 43

Bảng 4.2 Nhiệt độ trong 31 ngày ủ 44

B ảng 4.3 Giá trị pH trong 31 ngày ủ 46

B ảng 4.4 Độ ẩm trong 31 ngày ủ 48

B ảng 4.5 Độ sụt giảm thể tích trong 31 ngày ủ 49

Bảng 4.6 Hàm lượng Nitơ trong 31 ngày ủ 51

Bảng 4.7 Giá trị hàm lượng chất hữu cơ trong 31 ngày ủ 52

B ảng 4.8 Hàm lượng cacbon trong 31 ngày ủ 53

Bảng 4.9 Kết quả các thông số chỉ tiêu sau 31 ngày ủ 54

Bảng 4.1 Hiệu suất quá trình xử lí tro trấu bằng nhiệt 55

B ảng 4.10 Hiệu suất xử lí tro trấu bằng phương pháp hóa học 56

B ảng 4.11 Hiệu suất xử lí tro trấu bằng phương pháp sinh học 56

Bảng 4.12 Tính toán chi phí sử dụng cho mô hình ủ 57

Bảng 4.13 So sánh các phương pháp 57

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cây lúa 6

Hình 1.2 V ỏ trấu 6

Hình 1.3 B ếp nấu dùng trấu để đốt 7

Hình 1.4 Dùng tr ấu đốt lò gạch 7

Hình 1.5 Bãi ch ứa trấu làm nguyên liệu đốt cho nhà máy nhiệt điện An Giang 8

Hình 1.6 Xây d ựng nhà máy điện trấu Đình Hải (Cần Thơ) 8

Hình 1.7 Xi măng 10

Hình 2.1 Tr ấu sau khi nung 28

Hình 2.2 M ẫu vữa tro trấu 10% sau khi đúc 30

Hình 2.3 Quá trình lo ại bỏ Cacbon trong mẫu 31

Hình 2.4 Quá trình thu SiO2 trong m ẫu 32

Hình 2.5 M ẫu tro sau khi nghiền 32

Hình 2.6 M ẫu SiO2 được tách triết từ mẫu tro trấu 32

Hình 3.1 Mô hình thí nghi ệm 34

Hình 3.2 M ẫu tro trấu ban đầu 35

Hình 3.3 M ẫu tro sau tiền xử lí 35

Hình 3.4 M ẫu phân urê 36

Hình 3.5 Ch ế phẩm vi sinh 37

Hình 3.6 T ủ sấy và được điều chỉnh nhiệt độ là 950°C 38

Hình 3.7 và 3.8 M ẫu phân ure sử dạng rắn và sau khi hòa tan vào nước để tr ộn 40

Hình 3.9 và 3.10 M ẫu chế phẩm vi sinh dạng bột và sau khi hòa tan vào nước

để trộn 40

Hình 3.11 Tr ộn đều vật liệu 40

Hình 3.12 Mô hình ủ hiếu khí 40

Hình 4.1 M ẫu tro trắng sau xử lí bằng nhiệt 43

Hình 4.2 Bi ến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ 45

Hình 4.3 Bi ến thiên pH trong quá trình ủ 47

Hình 4.4 Bi ến thiên độ ẩm trong quá trình ủ 48

Hình 4.5 Bi ến thiên độ sụt giảm thể tích trong quá trình ủ 50

Hình 4.6 Bi ến thiên hàm lượng Nitơ 51

Hình 4.7 Bi ến thiên hàm lượng chất hữu cơ trong quá trình ủ 52

Hình 4.8 Bi ến thiên hàm lượng Cacbon trong quá trình ủ 53

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh nguồn tài nguyên thiên nhiên, ngày càng cạn kiệt thì việc tận thu, tái chế sử dụng lại các nguyên vật liệu nói chung và các phụ, phế phẩm trong quá trình sản xuất, chế biến nói riêng là một biện pháp tiết kiệm hết sức cần thiết, nhất là khi tình hình kinh tế đang có nhiều khó khăn như hiện nay Quan trọng hơn khi các phụ, phế phẩm được tận dụng, tái chế sử dụng lại sẽ góp phần giảm lượng chất thải ra môi trường, làm trong lành bầu không khí vốn đang bị đe dọa bởi quá

dư thừa các chất thải độc hại

Ứng dụng trấu làm nguyên liệu đốt tại các nhà máy nhiệt điện vừa giải quyết tình hình khủng hoảng nhiên liệu hóa thạch, cũng đồng thời giải quyết vấn đề thải

bỏ trấu gây ô nhiễm môi trường – hiện trạng thực tế tại một nước sản xuất nông nghiệp như Việt Nam

Hiện nay, nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang quan tâm nghiên cứu việc sử dụng tro trấu làm phụ gia khoáng hoạt tính để làm tăng chất lượng cho xi măng, bê tông mà giá thành giảm Đặc biệt, tính ưu việt của tro trấu làm tăng tính chống thấm, nâng cao tuổi thọ bê tông bởi tro trấu mịn, chứa nhiều oxyt silic ở trạng thái vô định hình, có hoạt tính puzolan rất cao tương đương với muội silic Trong tro trấu, oxit Silic (SiO2) là thành phần có giá trị nhất Vì vậy, nếu tro trấu được điều chế đúng kỹ thuật, đồng thời được gia công thích hợp, có thể thay thế muội silic trong bê tông chất lượng cao và dùng cho bê tông thủy công yêu cầu

độ chống thấm nước cao và chịu được ăn mòn của môi trường xâm thực Giải pháp

sử dụng tro trấu nhằm tăng chất lượng bê tông sẽ có hiệu quả cao hơn ở các nước như ở Việt Nam là một nước nông nghiệp có sản lượng thóc nhiều cùng với phát triển nhiệt điện từ nguyên liệu trấu đồng thời tạo ra một nguồn tro trấu tương đối lớn

Qua các nghiên cứu gần đây trong việc tinh luyện thu được nguồn SiO2 tinh khiết, phương pháp hóa lý cho thấy những hạn chế về mặt kinh tế cũng như tác động đến môi trường từ việc thải bỏ hóa chất dùng tách chiết; chính vì thế nghiên

cứu thực hiện nhằm tìm ra một giải pháp thân thiện môi trường hơn bằng phương pháp sinh học Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu tinh luyện SiO2 từ tro trấu bằng phương pháp sinh học để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao” được thực hiện với mục tiêu cung cấp một giải pháp an toàn, thân thiện môi trường để tinh luyện SiO2 tinh khiết, phục vụ sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao đồng thời bảo vệ môi trường và hướng đến phát triển bền vững

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu tinh luyện SiO2 từ tro trấu bằng phương pháp sinh học để sản

xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tổng quan về tro trấu, tình hình phát sinh tro trấu tại Việt Nam

- Tìm hiểu về vật liệu xây dựng, phụ gia trong ngành vật liệu xây dựng

- Tổng quan phương pháp sinh học để xử lý chất thải rắn, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học

- Tổng hợp tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

- Lập mô hình nghiên cứu tinh luyện tro trấu bằng phương pháp nhiệt và phương pháp sinh học

- Theo dõi các chỉ tiêu của mô hình

- So sánh hiệu quả với các phương pháp khác (phương pháp hóa hoc)

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Phương pháp thu thập dữ liệu: tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin, tài

liệu, số liệu, có liên quan đến nội dung nghiên cứu từ các tạp chí, sách báo, giáo trình, internet,…

- Phương pháp thực nghiệm: sơ chế, phối trộn, theo dõi các chỉ tiêu trong quá trình ủ hiếu khí (Nhiệt độ, pH, độ ẩm, hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng Cacbon, hàm lượng Nito )

- Phương pháp phân tích: lựa chọn và tổng hợp lại các số liệu làm cơ sở cho quá trình thực hiện đề tài

- Phương pháp tính toán: tính toán những số liệu thu thập, kết quả làm thực nghiệm

- Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả từ những số liệu thu thập

và kết quả làm thực nghiệm

- Phương pháp so sánh: so sánh ưu thế và nhược điểm so với các phương pháp nghiên cứu trước

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm và ứng dụng trên tro trấu đốt đồng

- Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các lĩnh vực sau: nguồn tro trấu được phối trộn và tiến hành ủ hiếu khí

7 Các kết quả đạt được của đề tài

- Sau quá trình ủ hiếu khí 31 ngày, hàm lượng Cacbon trong tro trấu giảm còn 7,63%

- Tính toán chi phí thực hiện

- So sánh ưu – nhược điểm với các phương pháp khác

8 Kết cấu đồ án tốt nghiệp

Đồ án ngoài phần Mở Đầu và Kết luận – Kiến nghị, bao gồm 4 chương với

nội dung như sau:

 Chương 1: Tổng quan

 Chương 2: Tình hình nghiên cứu

 Chương 3: Mô hình và phương pháp nghiên cứu

 Chương 4: Kết quả - Thảo luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan tro trấu

Lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con người Nó là các loài thực vật

sống một năm, có thể cao tới 1 – 1,8 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (2 – 2,5 cm) và dài 50 – 100 cm Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30 – 50 cm Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ,

cứng của các loại cây ngũ cốc) khi non có màu xanh, chín có màu vàng, dài 5 – 12

mm và dày 2 – 3 mm Cây lúa non được gọi là mạ Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu (Nguồn http://vi.wikipedia.org/wiki/L%C3%BAa)

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát

Vỏ trấu chiếm 20% hạt thóc, có màu vàng, nhẹ xốp và có kích thước trung bình khoảng 8 – 10mm dài, 2 – 3mm rộng và 0,2mm dày Khối lượng thể tích của vỏ trấu khi nén khoảng 122 kg/m3

Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi – cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ Lignin chiếm khoảng 25 – 30% và cellulose chiếm khoảng 35 – 40%

Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu[11]

Thành ph ần hữu cơ Tỷ lệ theo khối lượng (%)

B ảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu[12]

Thành ph ần hóa học Tỷ lệ theo khối lượng (%)

Tro trấu thu được sau quá trình đốt vỏ trấu Trong vỏ trấu chứa khoảng 75%

chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro Khi đốt 1kg trấu sinh ra nhiệt lượng khoảng 3000Kcal và 0,2kg tro

1.1.2 Tình hình phát sinh tro trấu

Theo Báo cáo kế hoạch thực hiện 12 tháng năm 2012 của Ngành Nông nghiệp và phát triển nông thôn do Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn thực

hiện, sản lượng lúa năm 2012 đạt 43,7 triệu tấn Ước tính trung bình sẽ phát sinh ra 8,74 triệu tấn vỏ trấu

Từ lâu, vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân, đặc biệt là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy lúa) Do có các ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt: Vỏ trấu sau khi xay xát ở luôn ở rất dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ dàng

Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử dụng nên việc bảo

quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư thấp.Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp

và chăn nuôi, trấu cũng đưọc sử dụng rất thường xuyên Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long

Tình trạng thiếu hụt năng lượng điện hằng năm, sản xuất điện bằng thủy điện chưa đủ cung cấp thì việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện được đề ra Tuy nhiên trong bối cảnh ngày càng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu thế giới tăng cao và sự phụ thuộc ngày càng nhiều hơn vào giá năng lượng thế giới, khả năng đáp ứng năng lượng đủ cho nhu cầu trong nước ngày càng khó khăn và trở thành một thách thức lớn Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng trấu để sản xuất điện thành công Ứng dụng trấu làm nguyên liệu đốt tại các nhà máy nhiệt điện vừa giải quyết tình hình khủng hoảng nhiên liệu hóa thạch, cũng đồng thời giải quyết vấn đề thải

bỏ trấu gây ô nhiễm môi trường Nhiều nhà máy điện trấu dự kiến xây dựng như:

− An Giang có 2 dự án nhà máy nhiệt điện đốt trấu Một xây dựng tại khu công nghiệp Hòa An – huyện Chợ Mới và một tại Vọng Đông, huyện Thoại Sơn; công suất 10MW

− Tiền Giang dự án xây dựng nhà máy niệt điện công suất 10MW đã đươc chính quyền duyệt

− Tại Đồng Tháp, Cty Cổ phần điện Duy Phát cũng đang rục rịch khởi công xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt trấu tại ấp Bình Hiệp B, huyện Lấp Vò, công suất 10MW

− Tại Cần Thơ, Cty Đình Hải sẽ tiếp tục phối hợp với Công ty J-Power của Nhật Bản để nghiên cứu phát triển nhà máy điện trấu 20MW đặt tại huyện Thốt Nốt (Cần Thơ)

Hình 1.5 Bãi chứa trấu làm nguyên liệu

đốt cho nhà máy nhiệt điện An

Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các thành phần oxit kim loại Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất trong tro chiếm khoảng 80 – 90% Các thành phần oxit có trong tro được thể

hiện qua bảng 1.3 Chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây lúa, điều kiện khí

hậu, đất đai của từng vùng miền Hàm lượng SiO2 trong tro trấu rất cao Oxit silic được sử dụng trong đời sống sản xuất rất phổ biến Nếu tận thu được nguồn SiO2 có

ý nghĩa rất lớn đối với nước ta Làm được điều này ta sẽ không cần nhập khẩu SiO2

và vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ trấu cũng được cải thiện

B ảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu[12]

Thành ph ần oxit Tỷ lệ theo khối lượng (%)

Người nông dân Việt Nam hay có thói quen đốt rơm rạ, vỏ trấu sau khi thu

hoạch xong mùa lúa hay dùng trấu nấu bếp và lấy tro bón lại cho đất Mặt khác trong việc sản xuất cây hoa kiểng thường trộn tro trấu, mùn dừa phối trộn với phân chuồng để tạo ra giá thể trồng cây Chủ yếu nguồn tro trấu chỉ dùng trong sản xuất nông nghiệp

Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm bê tông và vữa tính năng cao trong xây dựng ngày càng tăng, vì vậy việc sử dụng tro trấu mang lại hiệu quả rất lớn cả

về kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường

Tiến sĩ Trần Bình đã thành công trong việc chế tạo vật liệu mới Vinasilic và đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam 2007 Loại vật liệu này sản xuất

từ nguồn trấu Kết quả thực nghiệm cho thấy: mẫu bê tông đựơc trộn phụ gia vinasilic có cường độ chịu nén tối thiểu là 1200kG/cm2 Chỉ cần pha trộn một lượng vinasilic bằng khoảng 10% hàm lượng xi măng

Viện khoa học - công nghệ xây dựng đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thành công hai loại vữa chảy và vữa bơm không co cường độ cao là GM – F và GM – P, có sử dụng phụ gia tro trấu trên cơ sở sử dụng silicafume của Tây úc

Thạc sĩ Nguyễn Tiến Trung – Viện Thủy công – đã nghiên cứu thành công

bê tông giảm độ thấm ion Clo với phụ gia thay thế xi măng về khối lượng là tro trấu 5% và tro bay (Silicafume) 10% Không những giảm được độ thấm ion Clo (tác nhân gây ăn mòn cốt thép bê tông) xuống hai cấp so với mẫu đối chứng mà cường

độ nén cũng cao hơn so với mẫu đối chứng

Tiến sĩ Trần Bá Việt, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu dùng tro trấu làm phụ gia tăng cường độ cho bê tông chất lượng cao, lượng phụ gia khoảng 10% được xem là tối ưu Kết quả nghiên cứu cho thấy tro trấu hoàn toàn có thể thay thế silicafume (SF) dạng nén, bê tông đạt cường độ nén sau 28 ngày là 600 daN/cm2

Tro trấu không những được ứng dụng trong công trình xây dựng, còn được

sử dụng làm chất phụ gia trong ngành sản xuất thép

Hiện tại, việc ứng dụng phụ gia tro trấu trong xây dựng ở nước ta chưa được phổ biến, đa phần chỉ được áp dụng trên qui mô thử nghiệm Việt Nam vẫn chưa sản xuất được phụ gia tro trấu, còn phải nhập khẩu từ các nước Trung Quốc, Ấn Độ…

1.2 Tổng quan vật liệu xây dựng

1.2.1 Xi măng

Hình 1.7 Xi măng

1.2.1.1 Định nghĩa

Xi măng (từ tiếng Pháp: ciment) là một loại khoáng chất được nghiền mịn và

là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và

tạo thành một dạng hồ gọi là Hồ xi măng Tiếp đó, do sự hình thành của các sản

phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa

cứngđể cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định.Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất

kết dính thủy lực

Xi măng Portland là loại xi măng thông dụng, có thể gọi là xi măng thường

để phân biệt với các loại xi măng đặc biệt khác như xi măng aluminat, xi măng pouzzolan, xi măng xỉ lò cao v.v Loại xi măng này có thành phần chủ yếu là clinke Portland (chiếm trên 90% khối lượng) ngoài ra còn có thạch cao (3 – 5%) và các chất phụ gia khoáng khác (xỉ lò, tro than, pouzzolan tự nhiên, v.v…) có khả năng đóng rắn và bền vững trong nước

Thành phần khoáng vật của clinke Portland (phần trăm theo khối lượng)

− Alit: 3CaO.SiO3 chiếm 60 – 65%

− Belit CaO.SiO3 chiếm 20 – 25 %

− Celit 3CaO.Al2O3 chiếm 4 – 12%

− Alumino – Ferit: 4CaO.Al2O3.Fe2O3 chiếm 1 – 5% (7 – 14%)

Thành phần hóa học của clinke Portland còn biểu thị bằng hàm lượng các oxit

Bảng 1.4Hàm lượng các oxit trong clinke Portland[10]

1.2.1.1 Định nghĩa

Trong công nghệ sản xuất xi măng, việc sử dụng nguyên liệu hay hoá chất để pha vào phối liệu hay cho vào nghiền chung với clinker là rất cần thiết, nhằm mục đích cải thiện công nghệ nghiền, nung hay tính chất của sản phẩm Ngoài ra còn góp

phần hạ giá thành sản phẩm và tăng sản lượng

1.2.1.2 Tình hình sử dụng

Ngày nay trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì nhu cầu

về chỉnh trang xây dựng cơ sở hạ tầng tạo ra một diện mạo mới cho đất nước, thu hút vốn đầu tư nước ngoài đang diễn ra mạnh mẽ như các khu công nghiêp, khu vui chơi giải trí, trung tâm thương mại, các cao ốc…đang được xây dựng khắp nơi Trước tình hình này thì nhu cầu về vật liệu xây dựng cũng tăng theo trong đó xi măng là không thể thiếu Sử dụng xi măng portland thông thường là phương thức sản xuất quen thuộc trong ngành xây dựng không chỉ có ở Việt Nam mà còn ở hầu

hết các nước trên thế giới Sự tăng trưởng không ngừng của các nền kinh tế then chốt trên thế giới khiến nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng tăng.Điều này ảnh hưởng sâu sắc đến tổng lượng phát thải khí nhà kính trên toàn cầu vì cứ mỗi tấn xi măng được sản xuất ra thì khoảng 1,89 tấn CO2 phát thải Để hướng tới một ngành công nghiệp xi măng "xanh", các chuyên gia nhấn mạnh sự thay đổi cần phải diễn

ra đồng thời trên cả hai mặt: sản xuất và tiêu dùng.Tuy nhiên, những vật liệu thay thế tiên tiến và truyền thống cho xi măng portland có thể giảm khí CO2 từ 20 đến 80% tùy từng trường hợp Cho đến nay, việc sử dụng các chất phụ gia và vật liệu thay thế cho lò nung xi măng portland là một trong những phương pháp thành công nhất trong việc giảm lượng phát thải CO2 của ngành xi măng Mục tiêu này vẫn còn

là thách thức do nguồn cung các chất phụ gia sẽ không tăng cùng nhịp với nhu cầu

xi măng Tiến trình này cần phải được bắt đầu càng sớm càng tốt, nhất là ở những quốc gia vẫn còn đang ở giai đoạn đầu phát triển Xi măng sản xuất ra phải đảm bảo được sản lượng cũng như chất lượng và giá thành sản phẩmdo đó việc sử dụng phụ gia là quan trọng và cần thiết

1.2.1.3 Phân loại phụ gia

a Ph ụ gia khoáng hóa

 Phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT)

− Là những phụ gia khi sử dụng với xi măng portland làm tăng một số tính chất của quá trình đóng rắn xi măng hoặc có hoạt tính puzolan, hoặc có

cả hai tính chất trên

− Phân lo ại:

+ PGKHT Puzolan: Là những vật liệu chứa SiO2 vô định hình (VĐH) hoặc Al2O3 hoạt tính (HT) khi có mặt ẩm Bản thân phụ gia puzolan không có khả năng rắn chắc trong nước nhưng trong môi trường có nồng độ vôi nhất định thì nó

sẽ tương tác với vôi tạo thành hợp chất mới có khả năng rắn chắc được trong nước

Ca(OH)2 + SiO2 (VĐH) (0,8 ÷ 1,5) CaO.SiO2.nH2O Ca(OH)2 + Al2O3 (HT) CaO.Al2O3.nH2O

Ngoài ra C3A (Aluminat Canxi) thủy hóa tạo ra C3AH6 sẽ tác dụng

với SiO2 vô định hình theo phản ứng:

C3AH6 + SiO2 (VĐH) 3CaO.Al2O3.SiO2.nH2O

 Phân loại theo dạng tồn tại :

 Có dạng tự nhiên là puzolan

 Thông qua xử lý nhiệt: đất sét nung, đá phiến nung, meta cao lanh

 Ảnh hưởng của nhóm puzolan tự nhiên đến tính chất hỗn hợp bê tông:

 Làm tăng tính công tác của hỗn hợp bê tông

 Tăng khả năng bơm (bê tông bơm)

 Có khả năng làm tăng cường độ (đặc biệt là meta cao lanh)

 Giảm nhiệt thủy hóa của bê tông

+ PGKHT x ỉlò cao: Là sản phẩm tạo thành của ngành công nghiệp

luyện kim Thành phần chủ yếu là SiO2 vô định hình và các alumosilicat của CaO Kích thước hạt của xỉ thường < 45μm Xỉ có thể là chất kết dính độc lập

 Tăng thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết

 Giảm lượng nhiệt của quá trình hydrat hóa

 Tăng khả năng chống phản ứng hóa học

+ PGKHT tro bay: Là sản phẩm của quá trình cháy của nhiên liệu (than

và các thành phần khác) trong các nhà máy nhiệt điện

+ Thành phần chủ yếu là các SiO2, Al2O3 pha thủy tinh và các oxit

Fe2O3, CaO Trong tro bay hàm lượng pha tinh thể rất ít Tro bay có cỡ hạt từ

1-100μm, cỡ hạt trung bình khoảng 20μm có dạng hình cầu hoặc hình cầu rỗng

 Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất bê tông

 Tăng thời gian đóng rắn của hỗn hợp bê tông

 Giảm khả năng phân tầng của hỗn hợp bê tông

 Làm giảm nhiệt thủy hóa của bê tông

 Tăng khả năng chống phản ứng hóa học của bê tông

+ PGKHT Silicafume (SF): Là vật liệu mịn, chứa oxit silic (> 85%) vô

định hình, thu được của quá trình sản xuất silic và hợp kim silic bằng hồ quang

 Ảnh hưởng của silicafume đến tính chất bê tông

 Tăng lượng nước nhào trộn

 Giảm khả năng tách nước, phân tầng của hỗn hợp vữa và bê tông

 Tăng cường độ của vữa hoặc bê tông

 Giảm phản ứng akali silica và tăng khả năng chống phản ứng hoá học + Phụ gia tro trấu (RHA): Là sản phẩm thu được khi nung trấu ở nhiệt

độ 600 đến 8000C Cũng như muội silic, phụ gia tro trấu có hàm lượng SiO2 tới hơn

80 - 90%, trong đó có chứa nhiều oxit silic vô định hình có hiệu ứng rất mạnh, hơn

cả muội silic Tuy nhiên, phụ gia tro trấu có độ xốp lớn, nên lượng nước trộn thường tăng lên khá nhiều tuỳ thuộc vào tỷ lệ pha trộn trong xi măng Để khắc phục được vấn đề này, người ta thường sử dụng phụ gia tro trấu cùng với phụ gia giảm nước để không phải tăng lượng nước trộn Tro trấu thường được dùng để thay thế 5 đến 30% trọng lượng xi măng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng Hiện nay phụ gia tro trấu đã bắt đầu được nghiên cứu và đưa vào sử dụng ở nước ta thay thế cho phụ gia

muội silic phải nhập khẩu

+ Ph ụ gia khoáng đầy: Phụ gia khoáng đầy là loại phụ gia đưa vào với

mục đích tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm Tỷ lệ phụ gia này pha vào phụ thuộc vào chất lượng clinke và yêu cầu kỹ thuật của xi măng

+ Phụ gia đầy gồm các vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực

tế không tham gia vào quá trình hydrat hoá xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt

liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc của đá xi măng Phụ gia đầy sử dụng trong công nghiệp xi măng gồm: đá vôi, đá vôi silic có màu đen, đá sét đen, các loại

bụi thu hồi ở lọc bụi điện trong dây chuyền sản xuất xi măng cũng được sử dụng như một loại phụ gia đầy nhân tạo

b Ph ụ gia hóa học

Phụ gia hóa họclà chất được đưa vào mẻ trộn trước hoặc trong quá trình trộn

với một liều lượng nhất định (không lớn hơn 5% khối lượng xi măng), nhằm mục đích thay đổi một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông sau khi đóng rắn

+ Ph ụ gia hóa dẻo giảm nước (Water-reducing admixtures):

Phụ gia hóa dẻo giảm nướclà phụ gia làm tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông khi giữ nguyên tỷ lệ nước/xi măng, hoặc cho phép giảm lượng nước trộn mà vẫn giữ nguyên được độ sụt của hỗn hợp bê tông, thu được bê tông có cường độ cơ học cao hơn

+ Phụ gia chậm đông kết (Retarding admixtures):

Phụ gia chậm đông kếtlà phụ gia làm giảm tốc độ phản ứng ban đầu giữa xi măng và nước, do đó kéo dài thời gian đông kết của bê tông

+ Ph ụ gia đóng rắn nhanh (Accelerating admixtures):

Phụ gia đóng rắn nhanhlà phụ gia làm tăng nhanh tốc độ phản ứng ban đầu

giữa xi măng và nước, do đó rút ngăn thời gian đông kê của bê tông và làm tăng cường độ bền của bê tông ở tuổi ngắn ngày

+ Ph ụ gia hóa dẻo – chậm đông kết (Water-reducing and retarding

admixtures):

Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kếtlà phụ gia kết hợp được các chức năng của

phụ gia hóa dẻo và phụ gia chậm đông kết

+ Ph ụ gia hóa dẻo – đóng rắn nhanh (Water-reducing and

acccelerating admixtures):

Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kếtlà phụ gia kết hợp được các chức năng của

phụ gia hóa dẻo và phụ gia đóng rắn nhanh

+ Ph ụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao) (Water-reducing, high range

admixtures):

Phụ gia siêu dẻo là phụ gia cho phép giảm một lượng lớn nước trộn không

nhỏ hơn 12% mà vẫn giữ nguyên được độ sụt của hỗn hợp vữa bê tông, thu được bê tông có cường độ cao hơn

+ Ph ụ gia siêu dẻo - chậm đông kết (Water-reducing, high range, and

Quy trình chế biến compost là quá trình phân huỷ sinh học và ổn định chất hữu cơ dưới điều kiện thermophilic Kết quả của quá trình phân huỷ sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và có ích trong việc ứng dụng cho cây trồng (Theo Haug 1993)

Ủ hiếu khí là quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ VSV và có mặt oxy Sản phẩm của quá trình phân giải này gồm: CO2, NH3, H2O, nhiệt, các chất hữu cơ ổn định và sinh khối của VSV

Tuy nhiên trong nghiên cứu chỉ vận dụng cơ chế quá trình ủ hiếu khí để vi sinh vật phân giải chất hữu cơ, giảm hàm lượng Cacbon là chính

1.3.2.1 Các phản ứng sinh hóa

Quá trình phân huỷ các chất thải hữu cơ trong ủ hiếu khí diễn ra rất phức tạp,

có thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ để chia thành 4 pha sau đây:

− Pha thích nghi (Latent phase) : đây là thời gian cần thiết để VSV làm quen và định cư trong môi trường mới

− P ha tăng trưởng (Growth phase) : đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do

quá trình phân ủy sinh học

− Pha ưa nhiệt (Thermophilic phase) :đây là giai đoạn nhiệt độ tăng cao

nhất Trong pha này, các chất thải được ổn định và mầm bệnh bị tiêu diệt

có hiệu quả nhất

− Pha trưởng thành (Maturation phase) : nhiệt độ giảm xuống mersophilic

và sau đó bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men diễn ra chậm thích hợp cho sự biến đổi một vài chất phức tạp thành chất keo mùn Quá trình Nitrat hoá với amoni làm sản phẩm trung gian bị oxy hoá sinh học tạo thành Nitrit (NO2-)và sau cùng là Nitrat (NO3-)

1.3.2.2 Phản ứng sinh học

Ủ hiếu khí là một quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt được biến đổi thành các chất mùn ổn định do các hoạt động của các tổ chức có thể sống trong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải Các tổ chức này gồm các loại VSV như vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh (protozoa)

Chất thải hữu cơ được phân huỷ bắt đầu từ sinh vật tiêu thụ bậc 1 như vi khuẩn, nấm Sự ổn định chất thải do các phản ứng của vi khuẩn thực hiện Trong

thời gian đầu, vi khuẩn thích hợp với điều kiện mesophilic (pha ưa nhiệt ôn hòa đầu tiên) xuất hiện trước, khi nhiệt độ tăng vi khuẩn thermophilic (pha ưa nhiệt) xuất

hiện chiếm hầu hết các vị trí trong khối ủ

Thermophilic nấm thường tăng trưởng từ 5 – 10 ngày sau khi ủ Nếu nhiệt độ cao hơn 65 – 70 °C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế và chỉ còn các dạng bào tử có thể phát triển Trong giai đoạn cuối cùng, khi nhiệt độ giảm nhóm vi

khuẩn Actinomycetes trở nên chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ sẽ xuất hiện màu

trắng hoặc nâu

Các loại vi khuẩn thermophilic, hầu hết là các loài Bacillus đóng vai trò

quan trọng trong việc phân huỷ protein và hợp chất hydratcarbon Mặc dù chỉ hoạt động bên lớp ngoài của đống ủ và chỉ hoạt động vào giai đoạn cuối nhưng nhóm

Actinomycetes đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ cellulose, lignin và các chất bền vững khác Sau giai đoạn tiêu thụ bậc 1 hay sơ cấp thực hiện xong, các chất này sẽ là thức ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giun tròn, động vật nguyên sinh, phiêu sinh

Nguyên lý ủ ở điều kiện hiếu khí:

• chủ yếu sử dụng vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên

• bổ sung một số chế phẩm vi sinh phân giải mạnh

• điều chỉnh nhiệt độ, pH, độ ẩm, tỉ lệ C/N, độ thoáng khí

Hiệu quả của quá trình ủ phụ thuộc vào nhóm các tổ chức cư ngụ và làm ổn định trong chất thải hữu cơ Do đó, quá trình ủ sẽ không đạt kết quả mong muốn

mà nguyên nhân chính là do sự mất cân bằng về thành phần hoá học và điều kiện lý học trong quá trình ủ Chính vì vậy, cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân compost như:nhiệt độ, độ ẩm, pH, VSV, oxy, chất hữu cơ, tỷ lệ C/N và cấu trúc chất thải

1.3.3.1 Nhiệt độ

Là một yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất compost vì nó ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV Ngoài ra, nhiệt độ còn là một chỉ thị để nhận biết các giai

đoạn xảy ra trong quá trình ủ compost

Trong vài ngày đầu của quá trình ủ, nhiệt độ bắt đầu tăng dần từ nhiệt độ môi trường đến khoảng 65 – 70°

C rồi giảm xuống dần dần đến nhiệt độ của môi trường

Bảng 1.5Khoảng nhiệt độ của các nhóm VSV

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ compost vào khoảng 50 – 60 % Các vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy chất thải rắn thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt phân tử chất thải rắn Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30 %) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật Khi độ ẩm quá lớn (> 65 %) thì quá trình phân hủy chậm lại, chuyển sang phân hủy kị khí vi quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các kho rỗng không cho không khí đi qua

Trong quá trình ủ sẽ có hiện tượng bốc hơi nước hoặc lưu lượng thổi khí quá cao có thể làm giảm độ ẩm, lúc đó chúng ta có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào để luôn luôn tạo giá trị độ ẩm tối ưu cho quá trình chế biến compost

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

1.3.3.3 Tỉ lệ C/N

Tỷ lệ C/N là thông số quan trọng trong cân bằng dinh dưỡng cho vi sinh vật Carbon là nguồn năng lượng chủ yếu của VSV và nitơ là nguyên tố để tổng hợp chất nguyên sinh Tỷ lệ C/N tối ưu trong khoảng 25 – 30 Nếu tỷ lệ C/N của vật liệu đầu vào cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của VSV do thiếu nitơ, chúng sẽ trải qua nhiều chu trình chuyển hoá, oxy hoá phần carbon dư cho đến khi đạt đến tỷ lệ C/N thích hợp Do đó thời gian cần thiết cho quá trình làm thời gian ủ

sẽ bị kéo dài hơn và thu được sản phẩm ít mùn hơn Nếu tỷ lệ C/N thấp thì nitơ sẽ bị thất thoát dưới dạng NH3 đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao, pH cao và có thổi

khí Tỷ lệ C/N thông thường 15 – 20 là tốt nhất

Ngoài hai nguyên tố carbon, nitơ là nền tảng cơ bản cho hoạt động sống của

vi sinh vật trong đống ủ thì hàm lượng lưu huỳnh ảnh hưởng đến việc sinh ra các hợp chất bay hơi tạo ra mùi hôi trong khối ủ

1.3.3.4 Vi sinh vật

Chế biến compost là một quá trình phức tạp trong đó có sự tham gia của

nhiều loại vi sinh vật khác nhau bao gồm : Nấm, Actinomycetes, Vi khuẩn, đôi khi còn có Protozoa và Tảo Người ta xác định rằng hầu hết các loài trong nhóm vi sinh

vật nêu trên đều có khả năng phân giải hầu hết các chất hữu cơ thô trong rác thải

Tất nhiên, mỗi một loài có khả năng tốt nhất để phân huỷ một dạng vật chất hữu cơ nào đó

hoạt động của VSV trong quá trình ủ compost có đến 80 -90% là do vi khuẩn,

bao gồm Streptococus sp, Bacillus sp, vibrio sp

- Actinomycetes: thường xuất hiện vào khoảng ngày thứ 5 -7 trong quá trình ủ

bao gồm : Micromonospora, Streptomyces, Actinomycetes

- Nấm : giới hạn nhiệt độ của nấm là khoảng 600C gồm các loại như sau:

Aspergillus, Penicillin, Fusarium, Trichoderma và Chaetomonium

- VSV gây bệnh : một trong những yêu cầu của sản xuất compost là phải hạn

chế đến mức tối đa các loài VSV gây hại có trong sản phẩm Theo lý thuyết nếu nguyên liệu để sản xuất compost không có chứa phân, chất thải sinh học thì sản phẩm đầu ra sẽ ít các loài gây bệnh Tuy nhiên trên thực tế nguyên liệu đầu vào cho quá trình chế biến compost không phải lúc nào cũng đáp ứng các yêu cầu

đó Do đó, để đảm bảo tiêu chuẩn tiêu diệt mầm bệnh cho cây trồng, trong lúc vận hành chế biến compost chúng ta cần đảm bảo nhiệt độ để có thể tiêu diệt hết mầm bệnh

1.3.3.5 pH

Tuỳ thuộc vào thành phần và tính chất của chất thải, pH sẽ thay đổi trong quá trình ủ pH của vật liệu ban đầu cho vào ủ dao động trong khoảng 5,5 -9 là có thể thực hiện quá trình ủ một cách hiệu quả Khi bắt đầu ủ, giá trị pH giảm đi do sự hình thành các axit hữu cơ Nhưng sau đó pH tăng lên vì các axit hữu cơ chuyển hoá thành CH4 và CO2 Khi quá trình ủ gần ổn định, pH của vật chất cuối cùng dao động trong khoảng 7,5 – 8,5 Nguyên liệu sử dụng đầu vào để ủ không được quá cao vì lúc đó sẽ dẫn đến sự thất thoát Nitơ dưới dạng NH3 và các VSV cần một khoảng pH tối ưu để hoạt động

1.3.3.6 Oxy

Là một nhân tố cũng không kém phần quan trọng trong suốt quá trình ủ hiếu khí Không khí ở môi trường xung quanh cung cấp tới khối ủ để VSV phân huỷ chất hữu cơ cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt độ Nếu khí không được cung cấp đầy đủ có thể hình thành những vùng kỵ khí bên trong khối ủ có thể gây mùi hôi Lượng khí cung cấp vào khối ủ có thể thực hiện bằng phương pháp thủ công như đảo trộn theo chu kỳ thời gian, đặt các ống tre thông khí hoặc thổi khí bằng máy cấp khí

Quá trình đảo trộn nhằm cung cấp không khí chỉ thoả mãn điều kiện hiếu khí đối với mặt trên khối ủ còn ở bên trong có thể là môi trường tuỳ nghi hoặc kỵ khí

Do đó tốc độ phân huỷ và thời gian cần thiết để sản xuất compost có thể kéo dài và gây mùi hôi thối

Còn thổi khí bằng máy cấp khí là phương pháp cho hiệu quả phân huỷ 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 ủ kéo theo sản phẩm sẽ không đảm bảo an toàn vì có thể chứa VSV gây bệnh Khi pH của khối phân lớn hơn 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ gây thất thoát nitơ dưới dạng NH3 Trái lại, nếu thổi khí quá thấp môi trường bên trong sẽ trở nên kỵ khí

1.3.3.7 Độ xốp

Là yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến compost Độ xốp thay đổi tuỳ theo thành phần chất thải rắn Vật liệu có độ xốp 36 -60% là có thể chế biến compost thành công Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong đống compost Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn đến nhiệt độ trong đống compost thấp, không đảm bảo mầm bệnh bị tiêu diệt

Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách bổ sung vật liệu chất hữu cơ như rơm rạ,

vỏ trấu, mùn cưa

1.3.3.8 Kích thước hạt

Kích thước hạt là yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giữ ẩm và tốc độ phân huỷ Quá trình phân huỷ hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy nên có thể làm tăng vận tốc phân huỷ trong một khoảng độ xốp nhất định Hạt quá nhỏ sẽ có độ xốp thấp ức chế vận tốc phân huỷ Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và có thể tạo ra các kênh thổi khí làm cho sự phân bố khí không đồng đều, không có lợi cho quá trình ủ hiếu khí Kích thước hạt tối ưu cho quá trình ủ là đường kính hạt khoảng 2,5 – 8cm

Bảng 1.6 Tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế biến compost

Kích thước Tối ưu dao động trong khoảng 25 -75mm

Tỷ lệ C/N

− Tối ưu dao động trong khoảng 20 -50

− Nếu tỷ lệ này thấp có thể sinh NH3, hoạt tính sinh học cũng bị cản trở

− Nếu tỉ lệ cao hơn chất dinh dưỡng bị hạn chế Pha trộn Thời gian ủ ngắn

Độ ẩm Dao động trong khoảng 50 – 60% trong quá trình làm ủ, độ

ẩm tối ưu 55%

Đảo trộn

Để tránh hiện tượng khô, tạo bánh, tạo kênh khí, trong quá trình ủ hiếu khí vật liệu phải được xáo trộn định kỳ Chu kỳ xáo trộn tuỳ thuộc vào dạng ủ trong quá trình thực hiện

Nhiệt độ

Nhiệt độ duy trì trong khoảng 50 – 55°C trong một vài ngày đầu và 55 – 60°C trong những ngày sau đó Nếu nhiệt độ vượt quá 60°C hoạt tính sẽ giảm

pH Tối ưu 7 – 7,5 Để hạn chế sự thất thoát nitơ dưới dạng NH3,

pH không được phép vượt quá 8,5 Nhu cầu không khí Lượng oxy cần thiết được tính tán dựa trên cân bằng tỷ

1.3.4.2 Mục đích

Gia tăng tốc độ xử lý nhờ sự rút ngắn thời gian sinh trưởng (do cung cấp sẵn một số lượng vi sinh vật ban đầu, số lượng này sẽ nhanh chóng phát triển)

Tạo ưu thế cạnh tranh cho quần thể vi sinh vật được lựa chọn nhằm phục vụ mục đích xử lý (do có mặt từ đầu với số lượng lớn, quần thể được đưa vào dễ chiếm

số lượng áp đảo và do đó khống chế các quần thể khác có sẵn trong môi trường)

Cung cấp khả năng xử lý đối với một đối tượng xử lý đặc biệt nào đó dựa trên các vi sinh vật chuyên biệt (ví dụ các chất độc hại, không xử lý được bằng các

vi sinh vật thông thường)

Nói chung hiệu quả của tăng cường sinh học đựơc công nhận trong xử lý các chất ô nhiễm đặc biệt Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, đối với các quá trình xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ thông thường, hiệu quả của biện pháp tăng cường sinh học vẫn còn là vấn đề gây tranh luận, vì: Trong môi trường chứa chất ô nhiễm hữu cơ thông thường, luôn luôn có sẵn một quần thể vi sinh vật, quần thể này thích nghi với môi trường đó tốt hơn các loài được nuôi cấy trong môi trường nhân tạo Khi được tạo điều kiện thuận lợi, chúng sẽ nhanh chóng phát triển mà không cần đưa thêm quần thể khác vào từ bên ngoài

Nếu môi trường xử lý chứa đựng nhiều yếu tố khác biệt với các yếu tố của môi trường nuôi cấy nhân tạo, ít có khả năng các quần thể được bổ sung vào có thể tồn tại và sinh trưởng tốt được, và như vậy là sự bổ sung này là kém hiệu quả

1.3.4.3 Các giống vi sinh vật tham gia vào Tăng cường sinh học

VSV được bổ sung từ bên ngoài vào khối ủ compost giúp tăng cường sinh học gồm các giống vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc Nhìn chung, các giống VSV được bổ sung vào có khả năng phân huỷ các thành phần sinh học trong chất thải sinh hoạt như prôtêin, xenllulose, lignin và một số chất khác

bao gồm: Bacillus, Pseudomonas, Clostridium, Azotomonas,

Bacterium, Rhizobium

huỷ protêin, xenllulose và các chất bền vững khác

như xenlulose, hemixenlulose và đặc biệt là lignin Nấm men phân

huỷ các chất hữu cơ hạn chế hơn vi khuẩn nhưng chúng có thể lên men được một số đường thành alcol, axit hữu cơ và glycerin trong điều kiện kỵ khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện hiếu khí

bao gồm các giống sau: Saccharomyces, Candida, Edomycopsis,

Cladosporium

tốt trong điều kiện hiếu khí Có khả năng phân giải tốt các hợp chất

hữu cơ cellulose, protein, kitin… Các loài thuộc giống Aspergillus có khả năng phân huỷ protêin: Aspergillus oryzae, Aspergillus

flavus,Aspergillus terricola, Aspergillus niger, Aspergillus saitoi, Aspergillus awamori, Aspergillus alliaceus.

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Hiện nay, nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang quan tâm nghiên cứu việc sử dụng tro trấu làm phụ gia khoáng hoạt tính để làm tăng chất lượng cho xi măng, bê tông mà giá thành giảm Đặc biệt, tính ưu việt của tro trấu làm tăng tính chống thấm, nâng cao tuổi thọ bê tông bởi tro trấu mịn, chứa nhiều oxyt silic ở trạng thái vô định hình, có hoạt tính puzolan rất cao tương đương với muội silic Vì vậy, nếu tro trấu được điều chế đúng kỹ thuật, đồng thời được gia công thích hợp, có thể thay thế muội silic trong bê tông chất lượng cao và dùng cho

bê tông thủy công yêu cầu độ chống thấm nước cao và chịu được ăn mòn của môi trường xâm thực Giải pháp sử dụng tro trấu nhằm tăng chất lượng bê tông sẽ có hiệu quả cao hơn ở các nước như ở Việt Nam là một nước nông nghiệp có sản lượng thóc nhiều, nên lượng vỏ trấu thải ra hàng năm rất lớn, trong lúc đó muội silic chúng ta phải nhập ngoại

2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Sử dụng vỏ trấu làm nguyên liệu phát điện không những không gây ô nhiễm

mà lượng tro thu được sau khi đốt lại có giá trị không nhỏ Đương nhiên các nhà khoa học từ lâu đã phát hiện ra vỏ trấu có giá trị khi sử dụng làm nguyên liệu xây dựng nhưng muốn tận dụng tro thu được sau khi đốt vỏ trấu làm nguyên liệu thay thế xi măng thì còn quan tâm đến hàm lượng cacbon trong vỏ trấu rất cao, không thay thế được thành phần xi măng

Tuy nhiên, khoa học không ngừng tìm ra cách để giải quyết vấn đề Theo tin

từ Discovery, dưới sự hỗ trợ của các quỹ khoa học và xã hội, các nhà khoa học Mỹ

đã phát hiện phương pháp gia công trấu mới, có thể đồng thời sử dụng tro trấu làm thành phần xi măng Rajan Vempati – Giám đốc tập đoàn CHK bang Texas Mỹ và cộng sự cho biết phương pháp này cho trấu vào lò đốt ở nhiệt độ 800 °C, cuối cùng còn lại SiO2 có độ tinh khiết cao

Từ việc dùng nhiệt đốt trấu để tạo ra tro trấu vừa phát sinh ra một lượng nhiệt lớn thì việc nghiên cứu chủ yếu nghiêng về việc sáng chế ra các kiểu lò đốt để