Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu sản xuất phân compost từ vỏ khoai mì phục vụ nông nghiệp sinh thái

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý lựa chọn đề tài Việt Nam đường hội nhập kinh tế giới, nên đòi hỏi phải nỗ lực nhiều để triển kinh tế, xã hội vấn đề bảo vệ mơi trường Ngồi phát triển ngành cơng nghiệp khác ngành chế biến lương thực thực phẩm đóng vai trò quan trọng thị trường nước gới Trong năm gần kinh tế Việt Nam có biến chuyển mẽ ngành chế biến thực phẩm Nhu cầu tinh bột cho thị trường nước quốc tế ngày tăng trở thành động lực cho ngành công nghiệp chế biến tinh bột mì Tuy nhiên, song song với phát triển ngành cơng nghiệp chế biến tinh bột mì phải đối mặt với nhiễm mơi trường phát sinh từ trình chế biến Trong biện pháp xử lý chất thải rắn ngành chế biến tinh bột mì chưa thật phù hợp nên gây ảnh hưởng tới môi trường Do đó, phương pháp xử lý phù hợp thân thiện với môi trường quan tâm nghiên cứu Vấn đề đặt có nhiều biện pháp xử lý rác thải hiệu không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rác thành sản phẩm có gía trị kinh tế Trong biện pháp ưu tiên hàng đầu để xử lý chất thải sử dụng biện pháp phân huỷ sinh học, có hai phương pháp phân huỷ sinh học chất thải hữu chế biến compost hiếu khí phân huỷ kỵ khí, chế biến compost hiếu khí tốn kém, sản phẩm q trình compost làm phân bón Bên cạnh đó, nhiệt độ hệ thống cho phép loại mầm bệnh, q trình làm compost đánh giá ảnh hưởng tới môi trường phù hợp với quy luật tự nhiên, tái sử dụng để làm phân bón cho nơng nghiệp Việt Nam nước nơng nghiệp với 80% dân số tham gia sản xuất nơng nghiệp, nhu cầu sử dụng phân bón khoảng 5,2 triệu hàng năm Các loại phân bón tiêu thụ thị trường Việt Nam chủ yếu phân bón hố học Trong đó, ngun liệu để sản xuất phân hữu từ CTR chịu ảnh hưởng mặt giá thị trường giúp người dân yên tâm việc đầu tư lâu dài vào ngành nông nghiệp SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Chính vậy, đề tài “ nghiên cứu sản xuất phân compost từ vỏ khoai mì phục vụ cho nông nghiệp sinh thái” đời với mong muốn nhằm giảm bớt lượng chất thải rắn phát sinh ngành sản xuất tinh bột khoai mì cung cấp phân bón hữu phục vụ cho sản xuất nơng nghiệp 1.2 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu sản xuất phân compost từ vỏ khoai mì 1.3 Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu nghiên cứu, đồ án thực với nội dung sau:  Lấy mẫu trấu khoai mì phân tích tiêu đầu vào như: độ ẩm, hàm lượng chất hữu cơ, C,N  Lắp đặt mơ hình compost  Vận hành mơ hình compost vỏ khoai mì bùn hoạt tính  Xem xét tốc độ phân hủy thông qua tiêu: nhiệt độ, đô sụt lún, pH, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng C, N trình ủ 1.4 Phạm vi nghiên cứu Do tính chất đặc trưng vỏ khoai mì mục tiêu đề tài tái sử dụng vỏ khoai mì thải nên đồ án tập trung nghiên cứu cách làm phân compost từ vỏ khoai mì khơng nghiên cứu phế phẩm nông nghiệp khác 1.5 Đối tượng nghiên cứu Vỏ khoai mì thải bùn hoạt tính nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Phương pháp luận  Dựa vào tài liệu sẵn có q trình lên men hiếu khí chất thải rắn có nguồn gốc hữu cơ, để xây dựng mơ hình ủ compost từ vỏ khoai mì  Theo dõi liên tục tiêu nhiệt độ, độ ẩm, pH, hàm lượng Cacbon, Nito ảnh hưởng đến trình để tạo sản phẩm compost cho trồng SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến 1.6.2 Phương pháp thực tiễn  Phương pháp thu thập số liệu: thu thập số liệu từ q trình ủ compost, thơng số trình theo dõi nhiệt độ,độ sụt lún, pH, độ ẩm,chất hữu cơ, hàm lượng C, N  Phương pháp thực nghiệm: làm thực nghiệm ủ compost  Phương pháp thống kê: tính tốn biến thiên nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng C,N trình ủ  Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết thu sau trình ủ 1.7 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 1.7.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài mở hướng cho việc tận dụng vỏ khoai mì thải tạo thành sản phẩm có ich 1.7.2 Ý nghĩa thực tiễn Quá trình tạo compost dễ thực có triển vọng cao Compost tạo ứng dụng trực tiếp cho nông nghiệp 1.8 Thời gian địa điểm nghiên cứu 1.8.1 Thời gian nghiên cứu Bắt đầu từ ngày 5/4/2010 đến ngày 28/06/2010 1.8.2 Địa điểm nghiên cứu  Q trình thí nghiệm thực phịng thí nghiệm khoa Môi Trường Và Công Nghệ Sinh Học Trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh  Các số liệu phân tích phịng thí nghiệm khoa Mơi Trường Và Cơng Nghệ Sinh Học Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh 1.9 Cấu trúc luận văn Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Nội dung phương pháp nghiên cứu SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Chương 4: Kết thảo luận Chương 5: Kết luận - kiến nghị SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến CHƯƠNG : TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan compost 2.1.1 Định nghĩa Quá trình chế biến Compost : trình phân hủy sinh học ổn định chất hữu điều kiện nhiệt độ thermophilic Kết trình phân hủy sinh học tạo nhiệt, sản phẩm cuối ổn định, không mang mầm bệnh có ích việc ứng dụng cho trồng Compost : sản phẩm trình chế biến Compost, ổn định chất mùn, không chứa mầm bệnh, không lôi kéo trùng, lưu trữ an tồn có lợi cho phát triển trồng 2.1.2 Các phản ứng sinh hóa xảy q trình ủ compost 2.1.2.1 Phản ứng sinh hóa Q trình phân hủy CTR diễn phức tạp, qua nhiều giai đoạn sản phẩm trung gian Ví dụ, q trình phân hủy protein: protein  peptides amino acids  hợp chất ammonium  nguyên sinh chất vi khuẩn N NH3 Đối với carbonhydrate, trình phân hủy xảy ra: carbonhydrate  đường đơn  acid hữu  CO2 nguyên sinh chất vi khuẩn Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn trình ủ hiếu khí chưa nghiên cứu chi tiết Các giai đoạn khác trình ủ hiếu khí phân biệt theo biến thiên nhiệt độ sau:  Pha thích nghi: giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với mơi trường  Pha tăng trưởng: đặc trưng gia tăng nhiệt độ trình phân hủy sinh học  Pha ưa nhiệt: giai đoạn nhiệt độ tăng cao Đây giai đoạn ổn định chất thải tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu Phản ứng hoá sinh xảy ủ hiếu khí phân hủy kỵ khí đặc trưng phương trình: COHNS + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + sản phẩm khác + lượng SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến COHNS + VSV kỵ khí  CO2 + H2S + NH3 + CH4 +sản phẩm khác + lượng  Pha trưởng thành: giai đoạn giảm nhiệt độ đến nhiệt độ mơi trường Q trình lên men xảy chậm thích hợp cho hình thành chất keo mùn (q trình chuyển hố phức chất hữu thành chất mùn) chất khoáng (sắt, canxi, nitơ…) cuối thành mùn Các phản ứng nitrate hoá, ammonia (sản phẩm phụ q trình ổn định chất thải) bị oxi hoá sinh học tạo thành nitrit (NO2-) cuối thành nitrate (NO3-): NH4+ + 3/2 O2  NO2- + 2H+ + H2O NO2- + ½ O2  NO3Kết hợp hai phương trình trên, trình nitrate diễn sau: NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O Vì NH4+ tổng hợp mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho q trình tổng hợp mơ tế bào: NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O  C5H7NO2 + 5O2 Phương trình phản ứng nitrate hố tổng cộng xảy sau: 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- 21 NO3- + C5H7NO2 + 20 H2O + 42H+ 2.1.2.2 Phản ứng sinh học Ủ compost trình sinh học mà chất hữu có chất thải rắn biến đổi thành chất mùn ổn định hoạt động thể chức sống điều kiện tự nhiên diện chất thải Các tổ chức gồm loại vi sinh vật vi khuẩn, nấm, chất hữu phân huỷ ban đầu từ vi sinh vật tiêu thụ bậc vi khuẩn thực Trong thời gian đầu, vi khuẩn thích hợp với điều kiện Mesophilic xuất trước Nhiệt độ tăng vi khuẩn thermophilic xuất chiếm hầu hết vị trí khối ủ, thermorphilic nấm thường tăng trưởng từ – 10 ngày sau ủ Nếu SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến nhiệt độ cao 50 – 60OC nấm hầu hết vi khuẩn bị ức chế, dạng bào tử phát triển giai đoạn cuối cùng, nhiệt độ giảm Atinomycetes trở nên chiếm ưu làm cho bề mặt đống ủ xuất màu trắng nâu Các loại vi khuẩn Thermophilic, hầu hết lồi Bacillus đóng vai trị quan trọng việc phân huỷ protein hydratcacbon Mặc dù hoạt động bên lớp ngồi đóng ủ hoạt dơng thời gian cuối nhóm Atinomycetes đóng vai trị việc phân huỷ cenlulose, lignin chất bền vững khác Sau giai đoạn tiêu thụ bậc hay sơ cấp thực xong, chất thức ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp ve, bọ cánh cứng, giun trịn, đơng vật ngun sinh, phiêu sinh 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chế biến compost 2.1.3.1 Các yếu tố vật lý Các yếu tố vật lý ảnh hưởng tới trình ủ gồm : nhiệt độ, độ ẩm, kích thước nguyên liệu, độ rỗng, thổi khí a Nhiệt độ Đây yếu tố quan trọng q trình chế biến Compost định thành phần quần thể vi sinh vật (ban đầu nhóm Mesophilic sau nhóm Thermophilic chiếm ưu thế), ngồi nhiệt độ cịn thị để nhận biết giai đoạn xảy trình ủ Compost Nhiệt độ tối ưu 50 – 600 C, thích hợp với vi khuẩn Thermophilic tốc độ phân hủy rác cao Nhiệt độ ngưỡng ức chế hoạt động vi sinh vật làm cho trình phân hủy diễn khơng thuận lợi, cịn nhiệt độ thấp ngưỡng phân Compost không đạt tiêu chuẩn mầm bệnh Nhiệt độ luống ủ điều chỉnh nhiều cách khác hiệu chỉnh tốc độ thổi khí độ ẩm, lập khối ủ với mơi trường bên ngồi cách che phủ hợp lý SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Bảng 2.1 Khoảng nhiệt độ nhóm vi sinh vật Loại vi sinh vật Nhiệt độ (0C) Khoảng dao động Tối ưu Psychrophillic (VSV ưa lạnh) 10 - 30 15 Mesophilic (VSV ưa ấm) 40 – 50 35 Thermophilic (VSV ưa nhiệt) 45 - 75 55 b Độ ẩm Là yếu tố cần thiết cho hoạt động vi sinh vật trình chế biến Compost Vì nước cần thiết cho q trình hịa tan dinh dưỡng ngun sinh chất tế bào Độ ẩm tối ưu thường từ 50 – 60% Các vi sinh vật đóng vai trị định trình phân hủy CTR thường tập trung lớp nước mỏng bề mặt phân tử CTR Nếu độ ẩm nhỏ (< 30%) hạn chế hoạt động vi sinh vật, độ ẩm lớn (> 65%) trình phân hủy chậm lại, chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí q trình thổi khí bị cản trở tượng bít kín khe rỗng khơng cho khơng khí qua, gây mùi hơi, rị rỉ chất dinh dưỡng lan truyền vi sinh vật gây bệnh Độ ẩm ảnh hưởng đến thay đổi nhiệt độ q trình ủ nước có nhiệt dung riêng cao tất vật liệu khác Độ ẩm thấp điều chỉnh cách thêm nước vào Độ ẩm cao điều chỉnh cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp như: mạt cưa, rơm rạ… Thông thường độ ẩm phân bắc, bùn phân động vật thường cao giá trị tối ưu, cần bổ sung chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệ thống sản xuất phân hữu liên tục, độ ẩm khống chế cách tuần hoàn sản phẩm phân hữu SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến c Kích thước hạt Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Q trình phân hủy hiếu khí xảy bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ có tổng diện tích bề mặt lớn nên tăng tiếp xúc với oxy, giá tăng vận tốc phân hủy Tuy nhiên, kích thước hạt nhỏ chặt làm hạn chế lưu thơng khí đống ủ, điều làm giảm oxy cần thiết cho vi sinh vật đống ủ giảm mức độ hoạt tính vi sinh vật Ngược lại, hạt có kích thước lớn có độ xốp cao tạo rãnh khí làm cho phân bố khí khơng đều, khơng có lợi cho q trình chế biến phân hữu Đường kính hạt tối ưu cho trình chế biến khoảng – 50mm Kích thước hạt tối ưu đạt nhiều cách cắt, nghiền sàng vật liệu thô ban đầu CTR đô thị CTR công nghiệp phải nghiền đến kích thước thích hợp trước làm phân Phân bắc, bùn phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho q trình phân hủy sinh học d Độ xốp Độ xốp yếu tố quan trọng trình chế biến phân hữu Độ xốp tối ưu thay đổi tuỳ theo loại vật liệu chế biến phân Thông thường, độ xốp cho trình chế biến diễn tốt khoảng 35 – 60%, tối ưu 32 – 36% Độ xốp CTR ảnh hưởng trực tiếp đến trình cung cấp oxy cần thiết cho trao đổi chất, hô hấp vi sinh vật hiếu khí oxy hóa phần tử hữu diện vật liệu ủ Độ xốp thấp hạn chế vận chuyển oxy, nên hạn chế giải phóng nhiệt làm tăng nhiệt độ khối ủ Ngược lại, độ xốp cao dẫn tới nhiệt độ khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt Độ xốp điều chỉnh cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệ trộn hợp lý SVTH: Đặng Thị Nhân Trang MSSV: 106108017 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến e Thổi khí Khơng khí mơi trường xung quanh cung cấp tới khối Compost để vi sinh vật sử dụng cho phân hủy chất hữu cơ, làm bay nước giải phóng nhiệt Nếu khơng cung cấp khí đầy đủ tạo thành vùng kị khí bên khối Compost gây mùi Để cung cấp khơng khí cho khối Compost thực cách:  Đảo trộn  Cắm ống tre  Thải chất thải từ tầng lưu chứa cao xuống thấp  Thổi khí Q trình đảo trộn cung cấp khí khơng đủ theo cân tỉ lượng Điều kiện hiếu khí thỏa mãn lớp cùng, lớp bên hoạt động môi trường tuỳ tiện kị khí Do đó, tốc độ phân hủy giảm thời gian cần thiết để trình ủ phân hồn tất bị kéo dài Cấp khí phương pháp thổi khí đạt hiệu phân hủy cao Tuy nhiên, lưu lượng khí phải khống chế thích hợp Nếu cấp nhiều khí dẫn đến chi phí cao gây nhiệt khối phân, kéo theo sản phẩm khơng đảm bảo an tồn chứa vi sinh vật gây bệnh Khi pH môi trường khối phân lớn 7, với q trình thổi khí làm thất nitơ dạng NH Trái lại, thổi khí q ít, mơi trường bên khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho q trình ủ phân thường khoảng –10m3 khí/tấn ngun liệu/h Thơng thường áp lực tĩnh cần tạo để đẩy không khí qua chiều sâu – 2.5m vật liệu ủ 0.1 – 0.15m cột nước Áp lực cần quạt gió đủ khơng cần máy nén Ngoài cửa sổ hầm ủ đủ cho làm thoáng, cần đảo cửa sổ ngày lần nhiều ngày lần Đảo trộn liên tục đạt mức phân giải tối ưu vòng 10 – 14 ngày Nên đảo trộn lần ngày nhiều lần ngày SVTH: Đặng Thị Nhân Trang 10 MSSV: 106108017