Nguyên cứu sản xuất phân compost từ vỏ cà phê

3.2.1 Định nghĩa theo đúng thuật ngữ: Định nghĩa phân biệt sản xuất compost với các quá trình sinh học khác nhaulà: “ Composting is the biologycal decomposition of biodegradable solid wa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN TP.HCM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA: KỸ THUẬT MÔI

TRƯỜNG

& CN SINH HỌC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Trần Xuân Huy MSSV : 08B1080031

Ngành : Kỹ thuật Môi Trường Lớp : 08HMT1

1 Đầu đề đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu sane xuất phân compost từ vỏ cà phê

2 Nhiệm vụ ( yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

 Tổng quan về nông nghiệp Việt nam

 Tổng quan về các công nghệ sản xuất phân compost

 Thành phần tính chất của vỏ cà phê

 Nghiên cứu điều kiện tối ưu sản xuất compost từ vỏ cà phê

3 Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 19/04/2010

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 12/07/2010

5 Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:

Th.s Vũ hải Yến

Nội dung và yêu cầu đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn

Ngày tháng 07 năm 2010

CHỦ NGHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG

DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt (chấm sơ bộ):………

Đơn vị:………

Ngày bảo vệ:………

Điểm tổng kết:………

Nơi lưu trữ đồ án tốt nghiệp:………

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý Thầy Cô trườngĐại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt

em tận tình, đã truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quýbáu trong suốt thời gian em học tập tại trường

Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy, Cô KhoaMôi Trường và Công Nghệ Sinh Học đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiệnthuận lợi để em có thể hoàn thành tốt đồ án

Em xin chân thành cảm ơn cô Vũ hải yến đã hướng dẫn và chỉbảo tận tình trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân đã cho tôi những điềukiện tốt nhất để học tập trong suốt thời gian qua

Ngoài ra tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người bạn củatôi, những người đã gắn bó, cùng học tập và giúp đỡ tôi trong nhữngnăm qua cũng như trong quá trình thực hiện đồ án này

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2010

Sinh viên Trần Xuân Huy

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Mở đầu 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.4 Đối tượng nghiên cứu 2

1.5 Phạm vi nghiên cứu 2

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

1.7 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

1.8 Phương pháp nghiên cứu 3

1.8.1 Phương pháp luận 3

1.8.2 Phương pháp thực tiễn 3

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP 4

2.1 Tổng quan về nông nghiệp Việt Nam 4

2.2 Thực trạng phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam 4

2.3 Thực trạng vỏ cà phê 6

CHƯƠNG III : TỔNG QUAN PHÂN COMPOST 8

3.1 Giới thiệu 8

3.2 Định Nghĩa 9

3.2.1 Định nghĩa theo đúng thuật ngữ 9

3.2.2 Định nghĩa theo quan điểm sinh thái 10

3.3 Sinh Vật chuyển hóa compost 10

3.3.1 Phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất 13

3.3.2 Vi sinh vật thêm vào để tăng tốc quá trình sản xuất compost 13

3.4 Các yếu tố của quá trình sản xuất compost 14

3.4.1 Các yếu tố dinh dưỡng 15

3.4.1.1 Nguyên tố đa lượng và vi lượng 15

3.4.1.2 Tỷ lệ C/N 16

3.4.1.3 Phân tích C, N 16

3.4.1.4 Kích cỡ hạt 18

3.4.2 Những yếu tố môi trường 19

3.4.2.1 Nhiệt độ 19

3.4.2.2 pH 20

3.4.2.3 Độ ẩm 21

3.4.3 Sự thông khí 23

3.4.4 Các thông số vận hành 25

3.4.4.1 Giám sát quá trình ủ compost 25

3.4.4.2 sử dụng đại lượng 29

3.4.4.3 Đo lường sự ổn định của sản phẩm/quá trình 30

3.5 Công nghệ sản xuất compost 34

3.5.1 Nguyên tắc chung 34

3.5.2 Trang thiết bị 34

3.5.3 Lọc sinh học 36

3.5.4 Những yếu tố sử dụng lựa chọn hệ thống 39

3.6 Những hệ thống sản xuất compost 41

3.6.1 Hệ thống sản xuất compost dạng “Windrow” 41

3.6.1.1 Sản xuất compost dạng kiểu luống tĩnh 42

3.6.1.2 Sản xuất compost dạng luống có đảo trộn 47

3.6.2 Sản xuất compost trong thùng hay kênh mương 55

CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH VÀ PHUONG PHÁP NGHIÊN CỨU 60

4.1 Nghiên cứu lý thuyết 60

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 60

4.2.1 Mô hình thực nghiệm 60

4.2.2 Phân tích chỉ tiêu đầu vào 61

4.2.3 Vận hành mô hình ủ 61

4.3 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu 63

4.3.1 Phương pháp phân tích 63

4.3.2 Phương pháp xử lý số liệu 67

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 68

5.1 Thông số vận hành và đặc tính compost 68

5.2 Kết quả 68

5.2.1 Độ sụt giảm thể tích 69

5.2.2 Nhiệt độ 70

5.2.3 pH 74

5.2.4 Độ ẩm 78

5.2.5 Hàm lượng chất hữu cơ 79

5.2.6 Hàm lượng Cacbon 81

5.2.7 Hàm lượng Nito 82

5.3 Nhận xét và bàn luận 84

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

6.1 Kết luận 85

6.2 Kiến nghị 85

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Hàm lượng N và tỷ lệ C/N có trong các loại rác thải 17

Bảng 4.1: Các chỉ tiêu đầu vào của vỏ cà phê 61

Bảng 4.2: Bảng so sánh các chỉ tiêu đầu vào 62

Bảng 4.3: Đặc tính nguyên liệu đầu vào của các mô hình 62

Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm ủ phân compost 68

Bảng 5.2: Kết quả độ sụt giảm thể tích 69

Bảng 5.3: Biến thiên nhiệt độ trong các đống ủ 71

Bảng 5.4: Bảng dao động pH trong các đống ủ compost 74

Bảng 5.5: Thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ phân 78

Bảng 5.6: Hiệu quả phân hủy chất hữu cơ trong các đống ủ 80

Bảng 5.7: Kết quả hàm lượng C trong các mô hình ủ 81

Bảng 5.8: Kết quả hàm lượng N 82

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1: Trùn đất Red californian 11

Hình 3.3: pH biểu diễn theo thời gian quá trình sản xuất compost 21

Hình 3.4: Mối quan hệ giữa độ ẩm và không khí 22

Hình 3.5: Lượng oxy cung cấp 25

Hình 3.6 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian ủ 27

Hình 3.7 Lọc sinh học 38

Hình 3.8 Phương pháp làm thoáng khí tự động tại trung quốc 43

Hình 3.9 Lược đồ của luống ủ làm thoáng kiểu tĩnh 45

Hình 3.10 Quy trình đảo trộn luống ủ bằng thủ công 48

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VSV : Vi sinh vật

CHC : Chất hữu cơ

BOD : Nhu cầu oxy sinh học

MLSS : Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng

MLVSS : Nồng độ bùn hoạt tính bay hơi

QCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ1.1 Mở đầu

Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, ngành nông nghiệp cũng đã

có những thay đổi rất đáng kể Nhiều máy móc tiên tiến, công nghệ trồng trọt,giống mới…ra đời, đã đáp ứng kịp với những nhu cầu ngày càng cao Việt Nam lànước nông nghiệp nên phân bón và giống có thể xem là 2 yếu tố có tính quyết địnhđến năng suất và chất lượng Nhiều nơi, do sử dụng quá mức cần thiết các loại phânbón và thuốc trừ sâu hoá học làm cho đất canh tác bị bạc màu đi rất nhanh chóng

Ngoài ra, những ảnh hưởng của phát triển Nông Nghiệp theo hướng HĐH cũng góp phần làm cho diện tích đất nông nghiệp ngày một giảm đi, trong khi

CNH-đó dân số tiếp tục tăng lên, nhu cầu về nhà ở ngày càng nhiều, nếu chúng ta không

có quy hoạch và quản lý tốt thì diện tích đất màu mỡ sẽ mất đi nhanh chóng

Mặt khác, mưa nhiều và tập trung làm cho đất trở nên xói mòn, rửa trôi khánhanh, đất dễ bị suy thoái, cạn kiệt dinh dưỡng Bên cạnh đó, việc khai thác và sửdụng quá mức cũng như chế độ canh tác không hợp lý cũng dẫn đến tình trạng samạc hóa

Do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển cao đòi hỏi con người sử dụng nhiềubiện pháp khác nhau để tăng năng suất sản lượng sản phẩm Những hoạt độngnhằm mục đích kinh tế này cũng là nguyên nhân cơ bản làm ô nhiễm môi trường

Mặt khác, ngành nông nghiệp ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng phânbón hóa học, vì thế dư lượng các chất hóa học trong các loại phân này gây ô nhiễmmôi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng nhiều đến sinh vật cũng như conngười

Để trả lại độ phì nhiêu cho đất biện pháp cấp thiết đố là sử dụng sản phẩmphân hữu cơ chế biến từ các nguồn khác nhau, đây chính là giải pháp hay nhất hiệnnay có thể giải quyết được các vấn đề trên Phân bón hữu cơ dựa vào các chủng visinh vật sẽ phân giải các chất hữu cơ trong bùn, phế thải, rác thải, phế phẩm côngnông nghiệp,… tạo ra sinh khổi, sinh khối này rất tốt cho cây cũng như cho đất,giúp cải tạo làm đất tơi xốp Mặt khác với mức sống trung bình của một người nông

dân hiện nay không thể dùng các loại phân bón cho cây trồng với giá cả cao nhưvậy, sự ra đời của hữu cơ đã đáp ứng được mong muốn của người nông dân, vừatăng năng suất lại hợp túi tiền Dùng phân hữu cơ có thể thay thế được từ 50 -100% lượng phân đạm hóa học (tùy từng loại cây trồng bón phân vi sinh có thể tiếtkiệm được nhiều chi phí do giá phân hạ, giảm lượng phân bón, giảm số lần phun vàlượng thuốc BVTV)…Do bón phân hữu cơ nên sản phẩm rất an toàn, lượng nitratgiảm đáng kể, đất không bị ô nhiễm, khả năng giữ ẩm tốt hơn, tăng cường khảnăng cải tạo đất do các hệ sinh vật có ích hoạt động mạnh làm cho đất tơi xốp hơn.

Tại Tây Nguyên có khoảng 500.000 ha cà phê, trung bình hang năm thukhoảng 2 triệu tấn cà phê thành phẩm Với tỷ lệ vỏ cà phê chiếm 15% thì lượng vỏ

cà phê tạo ra hàng năm tại đây là khoảng 300.000 ngàn tấn Vì vậy tiềm năng củaviệc chế biến vỏ cà phê thành phân compost là rất lớn Đề tài này ra đời nhằm tậndụng lượng vỏ cà phê bị thải bỏ

1.2 Mục tiêu đề tài

1.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đồ án thực hiện với nhũng nội dung chính sau:

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Vỏ cà phê từ huyện EaHleo tỉnh Đăk Lăk

1.5 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu trong điều kiện khí hậu tại Quận 12, Tp HCM:

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Xử lý vỏ cà phê, tạo nguồn phân bón cho cây trồng

1.7 Phạm vi ứng dụng

Áp dụng với quy mô nhỏ ( hộ gia đình, trang trại nhỏ )

1.8 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp thực nghiệm: Làm thực nghiệm ủ phân compost

Phương pháp thống kê: Tính toán biến thiên nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng C, N trong quá trình ủ phân

Phương pháp đánh giá: Nhận xét, đánh giá kết quả sau quá trình ủ

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM NÔNG

NGHIỆP VÀ VỎ CÀ PHÊ2.1 Tổng quan về nông nghiệp Việt Nam

vẫn là một nước nông nghiệp Năm 2009, giá trị sản lượng của nông nghiệp đạt 71,473 nghìn tỷ đồng (giá so sánh với năm 1994), tăng 1,32% so với năm 2008 và

tế bị sụt giảm trong những năm gần đây, trong khi các các lĩnh vực kinh tế khác giatăng Đóng góp của nông nghiệp vào tạo việc làm còn lớn hơn cả đóng góp của ngành này vào GDP Trong năm 2005, có khoảng 60% lao động làm việc trong lĩnhvực nông, lâm nghiệp, và thuỷ sản Sản lượng nông nghiệp xuất khẩu chiếm

khoảng 30% trong năm 2005 Việc tự do hóa sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất lúa gạo, đã giúp Việt Nam là nước thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo Những nông sản quan trọng khác là cà phê, sợi bông, đậu phộng, cao su, đường, và trà

2.2 Thực trạng các phụ phẩm nông nghiệp

Trong sản xuất nông nghiệp, lâu nay nhiều nông dân chỉ chú trọng đến những sản phẩm chính mà mình làm ra Chăn nuôi hay trồng trọt cũng vậy, mục tiêu cuối cùng mà họ muốn đạt tới là làm thế nào để có năng suất và chất lượng cao Tất nhiên, điều mà họ mong muốn là chính đáng, nhưng ngoài cái chính ấy họ lại quên đi những sản phẩm phụ mà lẽ ra nếu được khai thác tốt sẽ mang lại một nguồn thu đáng kể Không chỉ có vậy, những thứ mà nông dân cho là bỏ đi sẽ còn làm ảnh hưởng đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường

Cây lúa một năm cho ra khoảng vài chục triệu tấn rơm Một thời gian dàinguồn rơm này thường bị nông dân đốt bỏ hoặc thải xuống sông rạch gây ô nhiễm

và làm cản trở giao thông đường Khối lượng rơm khổng lồ ấy nếu dùng để sảnxuất ra loại hàng hóa khác hoặc dùng trong chăn nuôi thì sẽ làm tăng thu nhập chonông dân rất nhiều Vụ lúa với khoảng 4 triệu ha đất trồng lúa, tương đương gần 20triệu tấn rơm, với lợi thế mùa khô, tranh thủ phơi vài nắng rồi bó lại xếp vào nhà

chứa hoặc chất thành cây thì chỉ cần tận dụng một nửa lượng rơm của mùa này thìcũng đã chủ động nuôi vài trăm ngàn con trâu, bò Còn nếu muốn “đổi vị”, tăngchất cho rơm, chỉ cần vài túi nilong đường kính 1-1,2m, rồi cứ 100 kg rơm thêm 4

kg urê, nửa kg muối hòa tan, cứ lần lượt chất rơm vào túi, chất lớp nào tưới dungdịch đã pha sẵn rồi nén thật chặt tuần tự đến khi đầy túi, cột chặt miệng túi lại rồi

úp ngược xuống, 8-10 ngày sau lấy ra cho trâu bò ăn rất hữu dụng

Rơm - sản phẩm phụ của cây lúa nếu bỏ đi thì cũng chỉ là “rơm rác”- song,nếu biết khai thác thì là cả gia tài

Ngoài rơm rạ, diện tích trồng khoai lang, khoai mì, bắp mía ở nước ta cũng

có hàng trăm ngàn ha Sau khi thu hoạch thân, củ, trái, nếu phần đọt và lá được tậndụng, chế biến theo phương pháp ủ vi sinh, bảo quản cho trâu bò, heo ăn dần trongnăm thì cũng đã chủ động nuôi được hàng trăm ngàn con trâu bò, hàng trăm ngàncon heo, tiết kiệm được nguồn tiền thức ăn rất lớn Phương pháp ủ chua vi sinh rất

dễ làm, tiện dụng và thời gian bảo quản kéo dài, trâu bò, heo lại rất thích ăn loạithức ăn này Cách làm như trên, với chúng ta như còn mới mẻ, nhưng những nước

ôn đới có nền chăn nuôi phát triển họ đã áp dụng rộng rãi hầu như là phổ biến.Theo những nhà khoa học, thức ăn xanh ủ chua ngoài việc dinh dưỡng được bảotồn, cải thiện còn giúp cho vật nuôi tiêu hóa, hấp thu dễ hơn

Theo thống kê nước ta hiện có hàng triệu con heo và trâu bò, hàng chục triệucon gia cầm Ngoài sản phẩm chính là thịt, trứng, sữa, sức kéo thì chất thải củachúng thải ra cũng không ít Thực tế mới chỉ có phân bò và một ít lượng phân heo,phân gà vịt được sử dụng để bón cho cây tiêu, nuôi cá hoặc trồng rẫy và cây ăn trái

Số còn lại rất lớn thải ra môi trường qua ao, đìa, sông rạch rất mất vệ sinh và lànguồn lây lan dịch bệnh cho người và vật nuôi Theo tính toán của các chuyên gia

về khí sinh học thì chỉ cần 5 con trâu bò hay 10 con heo hoặc 100 con gia cầm, các

hộ nông dân có thể làm được một túi khí sinh học qui mô nông hộ (túi ủ Biogas).Công trình khí sinh học sẽ đem lại một nguồn lợi đáng kể cho người sử dụng Chỉtính riêng cho việc dùng gas để đun nấu mỗi năm cũng tiết kiệm được trên 2 triệuđồng tiền chất đốt Nếu hạch toán vào chăn nuôi đây có thể coi như một nguồn lãiđáng kể, làm giảm giá thành khoảng 7% Mặt khác, phụ phẩm của công trình khí

sinh học gồm nước thải lỏng và bã thải là những sản phẩm có giá trị thiết thực đốivới sản xuất nông nghịêp Chúng được sử dụng làm phân bón, nuôi nấm, xử lý hạtgiống hay làm thức ăn bổ sung cho gia súc, nuôi cá, nuôi trùn quế… Kết quảnghiên cứu cho thấy, dùng phụ phẩm lỏng phun trên lá năng suất cây trồng tăngbình quân khoảng 10% so với bón trực tiếp vào đất Còn bã thải của túi khí bónphối hợp với phân vô cơ sẽ làm tăng độ hòa tan và hấp thu phân bón hóa học củađất, tăng hiệu quả sử dụng NPK lên 10-30% Ngoài ra, cách bón này cũng thúc đẩyhoạt động của vi sinh vật, giữ phân cho đất, làm đất tơi xốp, tránh tình trạng đất bịchai do bón nhiều phân hóa học.

Sản phẩm phụ từ nông nghiệp nếu bỏ đi thì chỉ là rác, một thứ rác độc hạiảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người, vật nuôi và môi sinh Còn nếuchúng ta biết tận dụng xử lý và khai thác thì nó là một nguồn lợi đáng kể cả về vậtchất lẫn tinh thần vì không lo bệnh tật Cái lợi trước mắt thì đã rõ, còn về lâu dài nógiúp tạo dựng nên nột nền nông nghiệp bền vững Đất đai có hạn, con người ngàymột đông Thêm nữa, màu mỡ trong đất cũng ngày càng cạn kiệt dần do canh tácliên tục nhiều vụ trong năm Đã đến lúc chúng ta không thể thờ ơ trước thực trạngnày Tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp vào sản xuất nông nghiệp, cũng cónghĩa là ta đã trả về cho đất những thứ mà ta đã lấy đi Hơn lúc nào hết, ngày nay

cả thế giới đang vào cuộc khắc phục xuống cấp trầm trọng của khí hậu và môitrường Chúng ta không thể và không nên đứng ngoài cuộc mà phải hành động đểbảo vệ khí hậu và thân thiện với môi trường vì cuộc sống của chính chúng ta

2.3 Thực trạng vỏ cà phê.

Tây Nguyên là vùng đất rộng lớn giàu tiềm năng phát triển nông nghiệp với nhiều loại cây trồng khác nhau, đất đai ở đây được đánh giá là thiên đường để trồng cây công nghiệp, đặc biệt là cây cà phê, cao su và các cây trồng khác Nhưng

do các yếu tố tự nhiên, địa hình dốc bị chia cắt mạnh và sự khai thác đất không hợp

lý, không đúng kỹ thuật của con người nên đã làm suy thoái sức sản xuất của đất,

mà trước hết là làm sụt giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất, sau đó là độ phì, cấutrúc đất cũng bị sụt giảm theo Thực tế sản xuất đã khẳng định vai trò thiết yếu của

phân hữu cơ trong việc duy trì độ phì nhiêu của đất, ổn định năng suất cây trồng, góp phần vào sản xuất nông nghiệp bền vững.

lý, nên chậm phân hủy gây ô nhiễm môi trường và là nguồn mang sâu bệnh hạitích lũy cho vụ sau Vỏ cà phê chứa nhiều cafein và tanin có khả năng ức chế visinh vật làm chậm quá trình phân hủy trong môi trường tự nhiên (chỉ phân hủy sau

2 năm) Mặc dù vậy, vỏ cà phê rất giàu lignocellulose, đây là nguyên liệu lý tưởngcho các quá trình lên men vi sinh vật Một số nông dân đem trộn vỏ cà phê vớiphân chuồng để làm phân bón cho vụ sau nhưng không có qui trình ủ nên hiệu quảkhông cao

phân bón hóa học, thiếu bón phân hữu cơ làm cho đất trồng cà phê ngày càng bịchai cứng, thoái hóa, vi sinh vật đất bị suy thoái hoặc sử dụng phân hữu cơ vi sinhvới giá cao để bón cho cà phê không có hiệu quả kinh tế, trong khi đó, hàng năm cókhoảng 300.000 tấn vỏ cà phê bị thải bỏ, đây là một nguồn hữu cơ dồi dào để sửdụng làm phân compost

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ PHÂN COMPOST

3.1 GIỚI THIỆU

Ở các nước đang phát triển, những trở ngại có liên quan đến kinh tế, kỹ thuật

và nguồn nhân lực có đủ trình độ chuyên môn làm thu hẹp cơ hội lựa chọn giảipháp quản lý, xử lý, thải bỏ chất thải rắn chấp nhận được Những giải pháp có thểbao gồm: giảm thiểu, tái sinh tái chế, sản xuất compost, thiêu đốt và chôn lấp chấtthải rắn Sản xuất compost là giải pháp, có một vài ngoại lệ, thích hợp nhất chonguồn nguyên liệu hạn chế nhưng có sẵn ở các nước đang phát triển Một đặc điểmlàm cho sản xuất compost đặc biệt phù hợp là khả năng thích nghi cao với nhiềutình huống khác nhau, một phần bởi vì những yêu cầu cần thiết cho quá trình sảnxuất compost có thể linh động thay đổi Kết quả là, gần như có mọi hệ thốngcompost cho mọi trường hợp, nghĩa là từ hệ thống đơn giản cho khu vực mới pháttriển công nghiệp đến các hệ thống cơ giới hoá phức tạp cho khu vực phát triểncông nghiệp hiện đại

Giải pháp sản xuất compost đã tận dụng được nhiều lợi ích của hệ thống sinhhọc: giảm chi phí cho trang thiết bị và chi phí vận hành, thân thiện với môi trường

và tạo ra được 1 sản phẩm có ích

Ngược lại, sản xuất compost thỉnh thoảng có một số bất lợi, thường liênquan đến hệ thống sinh học, cụ thể là tốc độ phản ứng chậm và một số vấn đềkhông thể dự đoán được Đối với những nhược điểm vừa nêu, tốc độ phản ứngchậm có thể hợp lý vì thời gian cần thiết để xảy ra các phản ứng (retention times)được tính bằng tuần hoặc tháng Tuy nhiên, nhược điểm không thể dự đoán đượcthì không hợp lý Nếu tất cả các điều kiện cần thiết được xác định, đảm bảo và duytrì thì tình trạng của quá trình sản xuất đó sẽ dự báo được

Giữa các yếu tố tiên quyết chủ yếu thì điều kiện quyết định cho sự thànhcông của sản xuất compost là sự hiểu biết cặn kẽ và ứng dụng các nguyên tắc cơbản của quá trình Nếu không có sự hiểu biết này, thì các kế hoạch thiết kế và vậnhành sản xuất compost sẽ không được chuẩn bị đầy đủ Những kiến thức về sinhhọc dựa trên kiến thức về những nguyên tắc cơ bản của quá trình Kiến thức naỳcho phép có thể đưa ra những đánh giá hợp lý về từng kỹ thuật làm compost và sự

ứng dụng những kỹ thuật đó Lợi ích hiển nhiên của kiến thức là giúp ích cho việclựa chọn một hệ thống phù hợp nhất để thực hiện các nhiệm vụ đã đưa ra Thêmmột lợi ích kèm theo nữa là khả năng đánh giá chính xác hệ thống thử nghiệm.

3.2 ĐỊNH NGHĨA:

Có 2 định nghĩa về compost: đầu tiên là định nghĩa theo đúng thuật ngữ,phân biệt sản xuất compost với các dạng phân hủy sinh học khác Thứ hai là địnhnghĩa trên quan điểm sinh thái

3.2.1 Định nghĩa theo đúng thuật ngữ:

Định nghĩa phân biệt sản xuất compost với các quá trình sinh học khác nhaulà:

“ Composting is the biologycal decomposition of biodegradable solid wasteunder controlled predominantly aerobic conditions to a state that is sufficientlystable for muisance – free strorage and handling and is satisfactorily matured forsafe use in agriculture”

“Sản xuất Compost là sự phân huỷ sinh học của các chất thải rắn dễ phânhuỷ sinh học dưới những điều kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát thành chất ởtình trạng ổn định hoàn toàn, không gây cảm giác khó chịu khi lưu trữ, sử dụng vàtrưởng thành để sử dụng an toàn trong nông nghiệp”

Các thuật ngữ và các cụm từ được sử dụng kết hợp với nhau để phân biệtnhững điểm khác nhau của sản xuất comost với các quá trình phân huỷ khác là:

“biological decomposition” (phân hủy sinh học), “biodegradable” (dễ phân hủysinh học), “under controlled predominantly aerobic conditions” (dưới những điềukiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát), “sufficiently stable” (ổn định hoàn toàn), và

“mature” (trưởng thành) Cụm từ: “biological decomposition” có ý là sự phân huỷ

đã được tiến hành và hoàn thành bởi vi sinh vật “Biodegradable” nói đến cơ chất

và sự dễ bị ảnh hưởng do quá trình phân huỷ bởi các chủng vi sinh vật, vd: vikhuẩn, nấm… Những chất này là Các chất ở dạng hợp chất hữu cơ được tạo từ visinh vật hoặc bởi sự tổng hợp hoá học (như halogenated hydrocarbons - nhữnghydrocarbon bị halogen hóa)

Sự phân huỷ những chất hữu cơ tổng hợp đòi hỏi hoạt động của 1 số chủngVSV nhất định dưới các điều kiện đặc biệt Cụm từ “under controlledpredominantly aerobic conditions”có 2 ý nghĩa: 1) là sự phân biệt sản xuất compostvới các quá trình phân huỷ sinh học ngẫu nhiên diễn ra trong tự nhiên (vd: bãi rác

hở, trong rừng, trên cánh đồng…) 2) phân biệt sản xuất compost với quá trình phânhủy kị khí ( biogas) Tiêu chuẩn của sự “ổn định” là an toàn và lưu trữ không gâymùi khó chịu Tiêu chuẩn cho sự “trưởng thành” ( hoai mục hoàn toàn)” là địnhhướng để sử dụng trong nông nghiệp

3.2.2 Định nghĩa trên quan điểm sinh thái:

“Composting is a decomposition process in which the substrate isprogressively broken down by a succession of population of living organisms Thebreakdown products of one population serve as the subtrate for the succeedingpopulation The succession is initiated by way of the breakdown of the complexmolecules in the raw substrate to simpler forms by microbes indigenous to thesubstrate.”

“Sản phẩm compost là quá trình phân huỷ mà trong đó cơ chất liên tục bịphân hủy bởi các quần thể VSV kế tục nhau Sản phẩm của sự phân hủy của quầnthể VSV này sẽ làm cơ chất cho quần thể vi sinh vật tiếp theo Các quá trình nốitiếp nhau bắt đầu bằng cách phân hủy những phân tử phức tạp trong cơ chất thôthành các dạng đơn giản hơn bởi các VK có sẵn trong cơ chất

3.3 SINH VẬT THỰC HIỆN CHUYỂN HÓA COMPOST

Các vi sinh vật ưa ấm, vi sinh vật chịu nhiệt như mesophilis và thermophilic

và nấm chiếm ưu thế trong tổ chức sinh vật trong suốt giai đoạn đầu và giai đoạnhoạt động chuyển hóa tích cực (active stage – giai đoạn nhiệt độ cao) của quá trình

ủ compost Có thể phân chia các VSV thành các nhóm theo hình thái của chúng là

“VK có hình thái đầy đủ” (“bacteria proper”) và “VK dạng sợi” Thật ra, VK dạngsợi đơn giản là VK bị “phân nhánh” , nó là 1 loại khuẩn tia.(Khuẩn tia là nhómVSV có tính chất trung gian giữa vi khuẩn và nấm Chúng có hình dạng tương tự

nhóm VSV này được sử dụng rộng rãi để sản xuất chất kháng sinh.) Thường thì

Hình 3.1: Red californian

khuẩn tia khơng xuất hiện với số lượng lớn cho đến khi hết giai đoạn nhiệt độ caocủa quá trình ủ phân compost Ngẫu nhiên cùng với sự xuất hiện của khuẩn tia là sựbiến mất nhanh chĩng của cellulose và chất gỗ (lignin) Mặc dù một vài VK phângiải Nito cĩ thể cĩ mặt, nhưng các điều kiện khơng cho phép phân giải nitơ

Sự bắt đầu cho giai đoạn ổn định của quá trình là sự xuất hiện của SV hoạisinh Nguồn dinh dưỡng cho SV hoại sinh là từ các VSV hoại sinh khơng hoạt độngkhác và các chất thải đang phân hủy Các dạng đầu tiên mới xuất hiện là các dạngcực nhỏ (như paramecium – lồi sinh vật đơn bào cĩ lơng mịn, amoeba - amip,rotifer - phiêu sinh vật đa bào cĩ khoang giả cực nhỏ) Dần dần, các dạng lớn hơnnhư sên và trùng đất trở nên nhiều Nằm trong số đĩ là Lumbricuse terestris, L.rubellus, và Eisenia foetida Khối lượng compost sẽ thay đổi khá lớn tại thời điểmbắt đầu xuất hiện trùng đất Dĩ nhiên, trùng đất vẫn cĩ thể xuất hiện từ từ vào thờigian trước đĩ, thậm chí ở gần đầu giai đoạn Lợi ích tiềm tàng được xác nhận khi

sử dụng trùng đất trong sản xuất compost đã khuyến khích phương pháp sản xuấtcompost sử dụng trùng đất “vermiculture”

3.3.1 Phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất:

Khi nĩi đến phương pháp sản xuất compost sửdụng trùng đất, cần phải luơn luơn ghi nhớ rằng:trong sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuấtcompost luơn luơn cĩ trùng đất, và sản phẩm cuốicùng đĩ chính là chất bài tiết mà trùng đất thải ra saukhi phân giải chất thải Và đĩ cũng chính là “sảnphẩm compost” Trong số các lợi ích được nêu của

“vermiculture” cĩ những lợi ích sau đây: 1) giảmkích thước hạt sản phẩm nhiều hơn, 2) sản phẩmcompost chất lượng cao hơn vì trong sản phẩmcompost cĩ chất bài tiết của trùng đất rất giàu nitơ, 3) gia tăng sự trao đđổi carbon

và dinh dưỡng nhờ tăng sự tương tác giữa các sinh vật hoại sinh lớn và nhỏ , và 4)Sản phẩm bài tiết của trùng đất cĩ chất lượng hơn hẳn sản phẩm compost truyềnthống

Không phải loài trùng đất nào cũng đều phù hợp để sản xuất compost (tạo raprotein và chất bài tiết) Trong các loài trùng đất có thể giữ lại sản xuất compost,loài thường dùng là loài được gọi là trùng đỏ californian “red californian”( Eiseniafoetida) Ban đầu, người ta chọn loại trùng này để tăng khối lượng cơ chất được sửdụng và theo cách đó làm tăng lượng phân compost được tạo thành Đáng tiếc, kếtquả của những cố gắng đó không tích cực lắm và các nỗ lực đã chuyển hướng sangcải tiến khả năng sinh sản của chúng cũng như cố gắng làm tăng tuổi thọ của trùng.

Mỗi con trùng loài “californian” trưởng thành có chiều dài 6-8 cm, đườngkính 3 -4 mm trọng lượng trung bình khoảng 1g Thời gian sống có thể lên đến 6năm

Thành phần chính trong 1 con trùng là nước, nước chiếm 70 – 95% khốilượng Phần còn lại (khoảng 5 -30%) chủ yếu là protein Sản phẩm compost làm từtrùng có khối lượng khô cơ bản như sau: protein khoảng 53 – 72%, mỡ khoảng 1 –17%, và chất khoáng là 9 – 23%

Sản xuất compost bằng trùng đất có thể được tiến hành ở quy mô nhỏ Mộtmodule sản xuất cơ bản có khoảng 60000 con trùng, chúng sống trên diện tích cóchiều dài: 2m, rộng 1m, tạo thành 1 lớp phẳng Cơ chất được phủ trên lớp trùng đấtvới bề dày khoảng 15 – 25cm Tùy thuộc điều kiện khí hậu, có thể dùng một máiche đơn giản để bảo vệ lớp trùng đất Cũng giống như nhiều quá trình sinh họckhác, trùng đất cần các điều kiện thuận lợi Vì vậy, cần chăm sóc cẩn thận các lớptrùng đất, cung cấp cho chúng các điều kiện tốt nhất, đặc biệt là nguồn dinh dưỡng,

(thêm cơ chất ) nhất định cho lớp trùng đất để đảm bảo chúng tăng trưởng tốt nhất

và sự phân hủy diễn ra tối ưu

Mặc dù trùng đất sinh ra trong quá trình chỉ là nguồn protein thấp, nhưngchúng kiềm hãm phần lớn chất ô nhiễm kim loai nặng trong cơ chất Lý do là trùng

có xu hướng giữ các chất ô nhiễm này trong mô của chúng

Tính toán cho thấy một module cơ bản 60000 con trùng có thể sản xuất trên800kg chất mùn trong

Mặc dù phương pháp sản xuất compost sử dụng trùng đất xứng đáng đượcđặc biệt lưu tâm đến, nhưng nó có những hạn chế rất nghiêm trọng và cần đượckiểm soát một cách chặt chẽ, đặc biệt trong các hệ thống quy mô lớn (nghĩa là lớnhơn 10Mg/ngày) Hơn nữa, có những nơi sản xuất mà các điều kiện cần thiết choquá trình xử lý bằng trùng không thể đạt được Ví dụ điều này có thể xảy ra ở các

hệ thống quy mô nhỏ khi xử lý các cơ chất tương đối đồng nhất

3.3.2 VSV thêm vào để tăng tốc quá trình sản xuất compost

Sử dụng “inoculums” trong sản xuất compost đã đặt ra nhiều nghi vấn haynói đúng hơn là phản đối Rõ ràng, sử dụng inoculums là tương xứng với nhu cầu

bổ sung VSV nếu như không có đủ quần thể VSV và SV có sẵn trong cơ chất đểphân huỷ (làm compost) cơ chất Nét đặc trưng ở các chất thải dễ gặp trong sản xuấtcompost là chúng thường có sẵn các quần thể vi sinh trong mỗi loại chất thải, vàviệc thêm vào “inoculums” thì không cần thiết Ngược lại, thêm “inoculums” sẽ cólợi với các chất thải không có sẵn quần thể VSV hoặc có nhưng không đủ Ví dụcác chất thải như chất thải trong quá trình sản xuất dược phẩm, chất thải bị tiệttrùng hay khử trùng, và chất thải có thành phần đồng nhất ( mùn cưa hoặc vỏ bào

gỗ, trấu, chất thải của dầu thô …)

Nếu xác định là có nhu cầu cần inoculums, thì phải nghiên cứu sản xuất 1inoculums, trừ khi đã có sẵn inoculums thích hợp Như sẽ được trình bày trongthảo luận dưới đây, việc nghiên cứu sản xuất 1 inoculums là một nhiệm vụ khókhăn, nó đòi hỏi tiến hành bởi 1 nhà vi sinh vật cực giỏicó những hiểu biết sâu sắc

về quá trình sản xuất compost

Một khó khăn thật sự là trên thực tế việc sản xuất ra sản phẩm compost là 1quá trình chuyển hóa được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liêntục, tuần tự tương tác với cơ chất Muốn nghiên cứu sản xuất inoculums thì bướcđầu tiên phải nhận diện ra những nhóm VSV này, sau đó phải phác họa được vaitrò của từng nhóm sinh vật đã được nhận diện Xác định chính xác VSV và tìmhiểu được vai trò hợp lý của chúng là việc cực kỳ khó khăn khi các quần thể vikhuẩn trong quá trình là hỗn hợp nhiều quần thể sinh vật khác nhau Để đạt hiệuquả, những sinh vật trong inoculum phải cạnh tranh thắng lợi với những sinh vật có

sẵn trong chất thải Khả năng cạnh tranh của sinh vật được bổ sung vào sẽ bị ảnhhưởng bất lợi nếu cứ cấy đi cấy lại nhóm VSV nhằm duy trì môi trường VSV đó.

Nói tóm lại, tình hình sử dụng inoculums không khả quan vì quần thể sinhvật có sẵn trong chất thải quá phong phú, đó cũng là đặc điểm của hầu hết nhữngchất thải được bổ sung inoculums chuẩn bị sản xuất ra sản phẩm compost Trướckhi được chấp nhận, xác nhận về inoculums phải được chứng minh là đúng bằngcách làm thí nghiệm 1 cách khách quan hoặc xây dựng mô hình trình diễn Hơnnữa, cần chú ý rằng, thông thường, những chủng sinh vật thêm vào không cạnhtranh tốt dưới điều kiện sản xuất thực tế

Nếu cần bổ sung 1 inoculum hoặc thêm VSV , có thể sử dụng phân ngựa đãphân hủy, thành phẩm compost , hoặc 1 loại đất mùn màu mỡ Tất cả 3 vật liệuvừa nêu đều có chứa 1 hệ vi sinh vật rất phong phú 1 hình thức bổ sung

“inoculums” thường được sử dụng trong thực tế làm compost là: tuần hoàn, bổsung trở lại 1 phần thành phẩm compost “mass inoculation”, nghĩa là, thêm sảnphẩm compost vào nguyên liệu đầu vào Ngoài khả năng có thể cải tiến kết cấu củachất thải đầu vào, “mass inoculation” có hiệu quả hay không vẫn còn chưa chắcchắn

3.4 CÁC YẾU TỐ CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT COMPOST:

Ngoài sự có mặt của những sinh vật cần thiết, những yếu tố chính ảnh hưởnglên quá trình sản xuất compost có thể được nhóm thành 03 nhóm chính là: nhómnhững yếu tố dinh dưỡng, môi trường và vận hành Tầm quan trọng tương đối củamỗi một loại yếu tố được xác định bằng quan hệ của nó đối với sự sinh trưởng vàhoạt động của những sinh vật chủ yếu (then chốt) trong quá trình Những sinh vậtquan trọng này quyết định tốc độ và quy mô của việc sản xuất ra sản phẩmcompost, bởi vì chúng có hệ enzym phức tạp để cho phép chúng tấn công, phângiải, và sử dụng chất hữu cơ trong rác thải tươi (thô) Những sinh vật khác chỉ cóthể sử dụng những sản phẩm đã bị phân hủy (sản phẩm trung gian) Do đó, sản xuất

ra sản phẩm compost từ chất thải là kết quả của những hoạt động – như đã nói tới ởphần trước – được thực hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau liên tục, tuần tự

tương tác với cơ chất Nói ngắn gọn, các nhóm sinh vật cứ lần lượt chuẩn bị điềukiện cho các nhóm tiếp sau.

3.4.1 Các yếu tố dinh dưỡng:

Nguồn dinh dưỡng nhất định trong chất thải chỉ được các vi khuẩn sử dụngnếu có sẵn Tính “có sẵn” thể hiện dưới 2 mặt – gọi là hoá học và vật lý Một chấtdinh dưỡng được gọi là “có sẵn” về mặt hóa học đối với 1 loại vi khuẩn hoặc 1nhóm vi khuẩn nếu nó là 1 phần của phân tử cho phép dễ dàng bị 1 loại hay nhiềuloại VK tấn công Thông thường sự tấn công ,có nghĩa là sự bẻ gãy chất hữu cơ hayphân hủy, được thực hiện bởi enzym mà VK có hoặc có khả năng tổng hợp Tính

“có sẵn” về mặt vật lý có nghĩa là khả năng VK có thể tiếp cận Nó phụ thuộc vào

tỷ lệ khối lượng hoặc thể tích trên diện tích bề mặt hạt rác thải, những đại lượngnày phụ thuộc vào kích cỡ hạt chất thải

3.4.1.1 Nguyên tố đa lượng và vi lượng:

Những chất dinh dưỡng có thể được phân thành 2 loại: “đa lượng” và “vilượng” Các nguyên tố đa lượng bao gồm: C, N, P, Ca và K Tuy nhiên, hàm lượng

Ca và K cần thiết thì thấp hơn nhiều so với C, N và P Bởi vì chúng chỉ cần hiệndiện với hàm lượng “vết”, chúng thường được gọi là “nguyên tố vết không thểthiếu” Trong thực tế, hầu hết chúng trở nên độc nếu nồng độ vượt quá vết Nằmtrong số những nguyên tố vết không thể thiếu còn có Mg, Mn, Co, Fe, S Hầu hếtnhững nguyên tố dạng vết có vai trò trong việc trao đổi tế bào chất

Cơ chất là nguồn gốc cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vilượng cần thiết Cho dù có sự bất ổn định trong quá trình hoạt động, nhưng trongthực tế, muốn có lợi ích bắt buộc phần lớn hoặc tất cả cơ chất của quá trình sảnxuất compost phải là chất thải Sự bất ổn định được đề cập đến ở đây có nguyênnhân là do giữa các nguyên liệu khác nhau có những dị biệt về sự “sẵn có” 1 sốchất dinh dưỡng đối với vi khuẩn Những dị biệt về sự “sẵn có”, đến lượt nó, lạiphụ thuộc vào sự chênh lệch độ bền giữa các phân tử hữu cơ trước sự tấn công của

vi khuẩn Và sự chênh lệch độ bền là nguyên nhân dẫn tới những khác biệt về tốc

độ quá trình Ví dụ những vật liệu có độ bền cao là lignin (gỗ) và chitin (lông vũ,động vật có vỏ cứng) và vài dạng xenlulô

3.4.1.2 Tỷ lệ C:N (carbon/nitơ)

Tỷ lệ C:N là hệ số dinh dưỡng chính Dựa trên nhu cầu carbon và nitơ tươngđối cho sự phát triển của tế bào, tỷ lệ trên lý thuyết là 25:1 Tỷ lệ này nhấn mạnhchủ yếu vào lượng carbon; bởi vì trong sự trao đổi chất của vi khuẩn và tổng hợp tếbào chất, lượng Carbon được sử dụng nhiều hơn Nitơ Theo đó, lượng C không chỉđược sử dụng trong sự hình thành thành tế bào hay màng tế bào, chất nguyên sinh,

trong quá trình trao đổi chất Ngược lại, N chỉ được sử dụng như 1 chất dinhdưỡng , được gọi là thành phần thiết yếu của nguyên sinh chất Do đó, quá trìnhchuyển hóa cần nhiều C hơn so với N Trong quản lý chất thải, tỷ lệ C:N biến độngrất lớn Nói chung, tỷ lệ này lớn hơn tỷ lệ 8-10oC “có sẵn”: 1N “có sẵn” (cần ghichú sự nhấn mạnh ở chỗ “có sẵn”) Trong thực tiễn sản xuất compost, tỷ lệ này vàokhoảng 20:1 đến 25:1 Theo kinh nghiệm chung, nếu tỷ lệ C:N vượt quá giới hạnvừa nêu, tốc độ phân hủy sẽ bị chậm lại Ngược lại, nếu tỷ lệ thấp hơn 20:1, N cókhả năng bị thất thoát Lý do thất thoát N bởi vì N dư chuyển hóa thành N trong

NH3 Giai đoạn chuyển hóa tích cực (active stage) trong sản xuất compost có đặcđiểm là nồng độ pH và nhiệt độ khá cao, đặc điểm này có thể gây ra sự bay hơi của

NH3

Ở 1 nước đang phát triển, tỷ lệ C:N không thuận lợi, cao có thể được hạthấp xuống bằng cách bổ sung thêm chất thải có nhiều nitơ vào nguyên liệu đầuvào Nếu khả năng kinh tế cho phép, có thể hạ tỷ lệ C:N bằng cách thêm phân bón

N hóa học, như phân urê, hay amôni sunphát (NH4)2SO4 Trái lại, chất thải có nhiều

C có thể được sử dụng để nâng tỷ lệ C:N thấp Nồng độ N và tỷ lệ C:N trong cácloại rác thải và chất thải khác nhau được liệt kê trong bảng dưới

3.4.1.3 Phân tích C và N

Trong những phương pháp phân tích hữu ích để xác định lượng N, phươngpháp Kjeldahl tiêu chuẩn vẫn luôn là phương pháp vừa thực tiễn vừa có chấtlượng

Xác định lượng C rất khó khăn ở những nước đang phát triển bởi vì nó cầnđược trang bị thiết bị phân tích đắt tiền và người phân tích cũng cần có kỹ năng

chuyên môn cao Để có được mẫu đại diện trong phạm vi nghiên cứu do cácphương pháp phân tích hiện nay đề xuất, rất hẹp và là công việc hết sức khó khăn,nhất là khi với lượng chất thải hỗn tạp như chất thải rắn.

Phương pháp “Stop-gap” (tạm gọi là “lấp đầy khoảng trống”) thích hợp vớisản xuất compost trong quản lý chất thải rắn được dùng để tính toán hàm lượng Cdựa trên một công thức phát hiện vào 1950 Công thức như sau:

bị những thứ để nấu ăn, hay các loại phân tươi) màu xanh (hay tính theo màu) đối

với chất thải khô, không xanh dao động trong khoảng 1 – 4, tỷ lệ C:N sẽ thuộcphạm vi “cho phép”.

3.4.1.4 Kích cỡ hạt:

Kích thước các hạt trong chất thải là yếu tố có liên quan đến dinh dưỡng,bởi vì chất thải là cơ chất trong quá trình sản xuất compost và cơ chất lại chính lànguồn dinh dưỡng Sự liên quan đến dinh dưỡng là do bởi ảnh hưởng của kích cởcủa mỗi hạt trên tính “sẵn có” về mặt vật lý của chất dinh dưỡng, nghĩa là, khả năngtiếp cận chất dinh dưỡng Như đã trình bày trước đây, kích cỡ hạt quyết định tỷ lệkhối được phô bày thành bề mặt “mass-to-surface” và, do đó, quyết định khối hạttiếp xúc trực tiếp với sự tấn công của VSV Bởi vì tỷ lệ này càng tăng khi kíchthước hạt càng nhỏ, tốc độ phân huỷ ( tốc độ sản xuất compost) theo lý thuyết sẽtăng khi kích cỡ hạt càng nhỏ Tuy nhiên, tăng tính theo lý thuyết không phải lúcnào cũng là hiện thực trong thực tế Thất bại có thể do 1 hay nhiều yếu tố Ví dụnhư bản chất vật lý của cơ chất có thể làm hạn chế kích thước cho phép tối thiểu.Người ta định nghĩa “kích thước cho phép tối thiểu” là kích thước nhỏ nhất chophép mà nếu nhỏ hơn nữa sẽ ảnh hưởng có hại đến quá trình compost Cuối cùng,tiêu chuẩn để xác định kích thước cho phép tối thiểu là với kích thước hạt đó cóthể tạo thành cơ chất có trạng thái xốp vừa đủ có khả năng chịu đựng áp lực thôngkhí cần thiết

Độ xốp phụ thuộc phần lớn vào sức bền của cấu trúc của chất liệu hạt.Nguyên vật liệu có cấu trúc chắc, khỏe, chịu được lực nén ép như gỗ, rơm, và giấy,giữ được độ xốp cao với kích thước hạt rất nhỏ Những chất thải nêu trên có kích

cỡ hạt thích hợp khoảng 1,5 đến 7 cm Kích thước hạt phù hợp đối với gỗ dạng dămbào có độ dày khoảng 1cm và có chiều rộng khoảng từ 2 tới 5 cm Những chất thải

có nguồn gốc từ sợi và do cắt tỉa cây cối (rác vườn) có kích thước thích hợp từ 5tới 10 cm Nếu những nhánh cây và cành cây con có đường kính nhỏ hơn 1 cm thìkính thước hạt có thể lớn hơn Kích thước hat cho phép tối thiểu đối với những loạirác mềm có xu hướng lớn hơn bởi vì những hạt vật liệu mềm có kích cỡ nhỏ quámức cho phép có khuynh hướng kết lại thành một khối vô định hình đến mức rất ít

lỗ xốp hoặc thậm chí không có lỗ xốp nào Như vậy, kích cỡ cho phép tối thiểu của

rác thực vật tươi, rác thải rau quả và rác nhà bếp có thể to khoảng 15cm và thậm chí

có thể lớn hơn với những loại rác khác mềm hơn Những chất thải xanh tươi nhưrau diếp và trái cây chín mùi (như đu đủ và xoài) có thể không cần giảm kíchthước hoặc nếu có là rất ít

Nếu không trộn lẫn với các vật liệu lót đáy đủ loại, phân động vật không cầngiảm kích cỡ Trong trường hợp giảm kích thước, bất kỳ sự giảm kích thước nàocũng cần phải quyết định dựa trên đặc trưng của lớp vật chất lót đáy

Trong một nước đang phát triển, kinh tế và kỹ thuật là những trở lực ngăncản việc tiến hành giảm kích thước rác thải trong sản xuất compost Sự giảm kích

cỡ luôn luôn được tiến hành với một thiết bị cắt hoăc máy xay nghiền, đó thường

là thiết bị lớn và đắt tiền Vì thế có thể chọn giải pháp khác cho việc cắt giảm kíchthước, đó là đảo trộn vật liệu để làm cho chúng gãy vỡ, bị rách, bị dập một cáchtương đối Đảo trộn có thể được thực hiện với trống quay hoặc thùng quay

3.4.2 Những yếu tố Môi Trường

Những yếu tố môi trường chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình sản xuấtcompost là nhiệt độ, nồng độ pH, độ ẩm, và độ thông khí Ý nghĩa của các yếu tốmôi trường đối với quá trình sản xuất compost là chúng – có thể là từng yêu tố hoặcnhiều yếu tố kết hợp lại - quyết định tốc độ và mức độ phân hủy Theo đó, tốc độ

và mức độ phân hủy tương ứng với mức độ trong đó mỗi yếu tố dinh dưỡng và yếu

tố môi trường đều tiến dần tới sự tối ưu

Nếu khiếm khuyết một yếu tố bất kỳ nào đó sẽ hạn chế tốc độ và mức độphân hủy – có thể nói một cách khác , yếu tố bị khiếm khuyết chính là yếu tố làmhạn chế quá trình Cần hết sức lưu tâm ghi nhớ rằng yếu tố cuối cùng làm hạn chếquá trình sản xuất compost là yếu tố tạo nên các quần thể vi sinh vật khác nhauthuộc về di truyền

Lý do là trong quá trình sản xuất compost bình thường ,quá trình bắt đầu từnhiệt độ thường khoảng nhiệt độ mesophilic), tăng nhiệt độ từ từ và đạt tới khoảngnhiệt độ thermophilic, sau đó lại giảm xuống khoảng nhiệt độ mesophilic Quátrinh sản xuất compost nào cũng tăng và giảm nhiệt độ như vậy trừ khi tiến hànhbiện pháp ngăn chận nào đó

Nếu nhiệt độ trên 650C quá trình sản xuất compost hầu như sẽ bị ảnh hưởngxấu 1 cách nghiêm trọng Lý do là vi sinh vật hình thành bào tử tại mức nhiệt độcao hơn 650C Trừ khi chúng là VSV hoạt động trong khoảng nhiệt độthermophilic, nếu không chúng sẽ rơi vào giai đoạn nghỉ hoăc chết Vì vậy phươngpháp sản xuất compost hiện nay sử dụng quy trình vận hành được thiết kế tránhnhiệt độ cao hơn 600C

3.4.2.2 Độ pH

Độ pH của khối ủ thông thường thay đổi theo thời gian, như biểu diễn trênđường cong trong hình dưới Như trên hình biểu diễn, vào giai đoạn đầu của quátrình sản xuất compost, độ pH thường bị giảm xuống , tuy nhiên chẳng bao lâu sau

nó bất đầu tăng lên đến pH cao như pH = 9 Sở dĩ ban đầu pH giảm xuống là donhững phản ứng tạo thành acid hữu cơ, những acid này sẽ đóng vai trò là cơ chấtcho quần thể vi sinh vật kế tiếp

Đường biểu diễn độ pH sau đó tăng lên tương ứng với việc VSV sử dụngnhững acid vừa sinh ra trong giai đoạn trước

Bởi vì độ pH tối thiểu trong giai đoạn giảm xuống ban đầu không gây ứcchế đối với hầu hết các loài VSV, không cần thiết phải có chất đệm và nếu có thậmchí nó có thể còn gây hệ quả bất lợi

dẫn đến sự thất thoát N dưới dạng NH3-N tại nhiệt độ tương đối cao

Hơn nữa một vài nhà nghiên cứu báo cáo rằng có thể thêm vôi vào quá trìnhsản xuất compost từ rác thải trái cây, bởi vì trong giai đoạn đầu, độ pH thường giảmxuống đột ngột hơn

Hình 3.3: Sự biến đổi của pH biểu diễn theo thời gian trong quá trình sản xuất

compost

3.4.2.3 Yếu tố độ ẩm

Một đặc điểm quan trọng của việc sản xuất compost từ rác thải đô thị là mốiquan hệ mật thiết giữa độ ẩm và sự thông khí, đặc biệt là trong quá trình sản xuấtcompost theo phương pháp đánh luống (windrow composting) Cơ sở của mối quan

hệ này dựa trên thực tế là nguồn oxy chủ yếu cần cung cấp cho quần thể vi khuẩn

là không khí giữ lại trong những khe hở giữa những hạt chất thải Việc khuếch tánoxy trong không khí vào bên trong khối chất thải để thỏa mãn nhu cầu oxy của visinh vật là không quan trọng lắm Bởi vì trong các khe hở giữa những hạt chất thảicòn chứa độ ẩm tự do trong khối ủ, giữa độ ẩm và oxy có sẵn phải có một sự cânbằng Để tiện sử dụng, sự cân bằng này có thể được gọi tên là “độ ẩm cho phép”.Theo đó nó sẽ ở mức mà nếu cao hơn nữa sự thiếu oxy sẽ diễn ra và tình trạng kỵ

Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép”

có yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất “Khả năngchịu lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng haykhông trước sự biến dạng và lực nén

Yếu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương phápsản xuất compost sử dụng thùng kín để tiến hành quá trình (in-vessel compostsystem), trong đó chất thải bị đảo trộn gần như liên tục bằng máy Tuy nhiên trongnhững hệ thống đó, ngoài sự hạn hẹp của các khoảng hở giữa các hạt, còn có nhữngyếu tố khác làm ảnh hưởng đến ngưỡng trên của “độ ẩm cho phép” Sự thu hẹp dầncác khoảng hở giữa các hạt là khuynh hướng chung của vật liệu dính kết lại vớinhau tạo thành khối tròn Khuynh hướng này phát triển từ từ cho tới khi toàn bộkhối vật liệu chuyển sang dạng bùn nhão (slurry) Phạm vi độ ẩm tại thời điểm nàytrùng khớp với mức độ ẩm cao nhất cho phép

Trong những tính chất vật lý của cơ chất ảnh hưởng lên “độ ẩm cho phép”

có yếu tố “khả năng chịu lực của cấu trúc” của các hạt trong cơ chất “Khả năngchịu lực của cấu trúc” này quyết định hạt trong cơ chất có dễ bị ảnh hưởng haykhông trước sự biến dạng và lực nén

Hình 3.4: Biểu diễn mối quan hệ giữa độ ẩm và không khí (nghĩa là oxy)

Yếu tố độ ẩm ít ảnh hưởng đến sự làm thông khí trong những phương phápsản xuất compost sử dụng thùng kín để tiến hành quá trình (in-vessel compostsystem), trong đó chất thải bị đảo trộn gần như liên tục bằng máy Tuy nhiên trongnhững hệ thống đó, ngoài sự hạn hẹp của các khoảng hở giữa các hạt, còn có nhữngyếu tố khác làm ảnh hưởng đến ngưỡng trên của “độ ẩm cho phép” Sự thu hẹp dầncác khoảng hở giữa các hạt là khuynh hướng chung của vật liệu dính kết lại vớinhau tạo thành khối tròn Khuynh hướng này phát triển từ từ cho tới khi toàn bộkhối vật liệu chuyển sang dạng bùn nhão (slurry) Phạm vi độ ẩm tại thời điểm nàytrùng khớp với mức độ ẩm cao nhất cho phép

Tầm quan trọng của việc giữ độ ẩm của cơ chất trên 40% đến 45% thường bịcoi nhẹ trong quá trình sản xuất compost Điều này thực chất rất quan trọng bởi vì

độ ẩm thấp hơn sẽ kìm hãm hoạt động của vi khuẩn và tất cả vi khuẩn ngừng hoạtđộng tại độ ẩm 12%

3.4.3 Sự thông khí

Sản xuất compost kỵ khí so với hiếu khí

Thoạt đầu, sản xuất compost kỵ khí được xem là 1 giải pháp khả thi có thểthay thế cho sản xuất compost hiếu khívà người ta đã đưa ra nhiều lập luận mạnh

mẽ bênh vực cho nó Một trong những lý lẽ đó là khả năng có thể giảm thiểu sựthất thoát N , một lý lẽ khác là có thể kiểm soát khí thoát ra tốt hơn Thực tế lànhững ưu điểm này chưa bao giờ có vẻ sẽ trở thành hiện thực Thậm chí khi những

ưu điểm này ở thành sự thật đi nữa, chúng không đủ để bù cho những nhược điểmtrong hoạt động của quá trình kỵ khí Những nghi ngờ về sự hiệu quả của quá trìnhsản xuất compost kỵ khí ngày càng nhiều và vào khoảng những năm cuối của thậpniên 1960, sản xuất compost kỵ khí được xem là một giải pháp không được chấpnhận Gần đây, đã có xu hướng xem sản xuất compost là một quá trình hoàn toànhiếu khí Tuy nhiên hiện mọi người cũng đang bắt đầu thừa nhận trong quá trìnhsản xuất compost, một giai đoạn kỵ khí ngắn hạn là cần thiết để phân hủyhalogenated hydrocarbons Giai đoạn kỵ khí ngắn hạn ngoài tác dụng trên còn cóthể kết hợp làm giảm N thất thoát xứng đáng được đặc biệt lưu tâm

So sánh với phương pháp sản xuất compost kỵ khí, phương pháp sản xuấtcompost hiếu khí có rất nhiều ưu điểm, trong đó có:

Sự phân huỷ xảy ra nhanh hơn

Nhiệt độ cao đủ để làm chết những mầm bệnh

Số lượng và nồng độ khí hôi thối giảm mạnh

Mùi khó chịu là vấn đề không thể tránh trong xử lý và thải bỏ chất thải Đểcải thiện đáng kể nồng độ và sự tập trung mùi trong sản xuất compost hiếu khí cầncung cấp đủ nhu cầu Oxi cho quần thể vi khuẩn hoạt động bằng cách sử dụng quytrình thông khí thích hợp Khí sinh ra có thể được kiểm soát bằng cách thu khí từkhối ủ compost do quá trình phân hủy và xử lý chúng bằng hệ thống xử lý hoá họchay sinh học, nhờ vậy mùi hôi khó chịu sẽ giảm

a Tốc độ thông khí

Tốc độ thông khí sao cho khối compost duy trì hiếu khí (nghĩa là đápứng nhu cầu oxy của vi khuẩn) phụ thuộc bản chất và cấu trúc của các thành phầncuả rác thải và tùy thuộc vào phương pháp thông khí

VD: nhu cầu Oxi của 1 quần thể vi khuẩn lớn và hoạt động nhiều,trong quá trình sản xuất compost chất thải dễ phân huỷ hiển nhiên sẽ lớn hơn nhucầu Oxi của quần thể vi khuẩn thưa thớt và ít hoạt động hơn trong sản xuấtcompost nguyên vật liệu khó phân hủy.

Tính toán chính xác tốc độ thông khí thích hợp cho mỗi trường hợp

là 1 việc khó khăn Khó khăn nảy sinh từ vấn đề là có rất ít số liệu thực sử dụng kỹthuật và trang thiết bị phù hợp với thực tế Trong tài liệu có quá nhiều dữ liệu, điều

đó được chứng minh bằng kết quả của những cuộc điều tra trình bày ở dưới

Một trong những khảo sát đầu tiên là O2 thổi khí theo nhiều tốc độkhác nhau vào trống quay, sau đó đo nồng độ Oxy trong dòng khí thoát ra Mặc dầunhững điều kiện thực nghiệm không tính toán chính xác tổng nhu cầu Oxi cần thiếtcho nguyên liệu, nhưng kết quả thực nghiệm xác định được tốc độ tiêu thụ O2 Tỷ

lệ hô hấp được tìm thấy là 1 (nghĩa là CO2 sinh ra: O2 tiêu thụ = 1)

Trong 1 giai đoạn khác trong cùng khảo sát trên, các nhà nghiên cứutập trung xác định mối quan hệ giữa sự tiêu thụ O2 với các yếu tố môi trường chủyếu Một trong những phát hiện không mấy ngạc nhiên là tốc độ tiêu thụ O2 tăng lêntương quan với yếu tố tiến dần tới mức tối ưu

Dựa vào Những kết quả thu được từ nghiên cứu điều tra, và 1 số khảo

vi khuẩn Khi đó tốc độ thông khí sẽ giảm khi độ ổn định cuả compost tăng lên,nghĩa là compost đã “trưởng thành”

b Dự đoán nhu cầu ôxy cần thiết

Nhu cầu Oxi cần thiết không thể dự đoán 1 cách chính xác nếu chỉ dựa trên

số lượng Cacbon bị Oxi hoá Lý do là vì 1 phần Cacbon bị chuyển hóa thành tế bàochất, còn 1 số khác có cấu tạo bền đến mức vi khuẩn không thể phân giải chúng.Khi thiết kế sơ bộ 1 hệ thống sản xuất compost trong thùng kín (in-vessel system)

và 1 hệ thống sản xuất compost dạng đánh luống sử dụng khí cưỡng bức (forced-airwindrow system), người ta có thể giả định tốc độ khí nạp vào là 530 đến 620

m3/Mg rác thải Tốc độ thông khí trong thiết kế cuối cùng nên lấy cơ sở từ lượngOxi tiêu thụ, và được tính toán bằng những thí nghiệm lúc đầu với rác thải sẽ sản

xuất compost là cơ chất Với hệ thống đánh luống đảo trộn (turining windrow

theo độ sâu của luống được đảo trộn có thể lấy từ hình

Hình 3.5: Lượng oxy cung cấp

Trong thực nghiệm và trong vấn đề thiết kế trình bày sau này, cầnluôn luôn ghi nhớ mùi khó chịu tỏa ra từ khối compost không nhất thiết là kết quảtất yếu cuả quá trình phân huỷ kỵ khí Trên thực tế, những sản phẩm phân huỷtrung gian và bản thân các cơ chất cũng có thể có mùi khó chịu Ngoài ra, cho dù có

kỹ thuật và kinh tế

3.4.4 Các thông số vận hành

3.4.4.1 Giám sát quá trình sản xuất compost.

Để phát triển 1 chương trình giám sát sản xuất compost hiệu quả, cần phảixác định và đánh giá các thông số vận hành thích hợp, và các mối quan hệ cuảchúng lên quá trình sản xuất Compost Dựa trên những kiến thức chuyên môn sâusắc về trình tự của các tình huống diễn ra trong suốt quá trình sản xuất composttrong điều kiện tất cả các điều kiện đều được thỏa mãn, các thông tin về thông sốvận hành và mối quan hệ của chúng có thể được xác định và được thông hiểu tườngtận Trong quá trình sản xuất compost, có một số điểm bộc lộ vai trò này và chúngđược xem là đại lượng giúp giám sát hoạt động của hệ thống sản xuất compost 3

điểm đáng chú ý đó là: 1) Sự thay đổi nhiệt độ( tăng hay giảm) 2) Sự biến đổi cáctính chất vật lý ( mùi, hình thức, cấu trúc ) 3) Sự phân huỷ các chất rắn dễ bay hơi.

Sự thay đổi nhiệt độ cơ bản là một thông số phụ thuộc vào thời gian đượctrình bày ở biểu đồ hình 1.4 Được thể hiện bằng đường cong trên biểu đồ, nhiệt độcủa nguyên liệu đưa vào sản xuất compost, sau 1 thời gian rất ngắn, bắt đầu tănglên sau khi tạo lập những điều kiện cần thiết cho quá trình sản xuất compost (nghĩa

là sau khi nguyên liệu được đánh luống hay được đưa vào bể phản ứng)

Sự thay đổi nhiệt độ ban đầu song song với giai đoạn ủ (incubation) củaquần thể vi khuẩn Dưới những điều kiện thuận lợi, giai đoạn này sẽ được kế tiếpbởi giai đoạn gia tăng nhiệt độ gần như theo cấp số mũ tới nhiệt độ 60oC đến 70oC

Sự gia tăng nhiệt độ rất cao là kết quả phân huỷ những thành phần dễ phân hủytrong chât thải (vd như: đường, tinh bột, một số protêin đơn giản) Trong suốt thời

kỳ này, số lượng vi khuẩn tăng lên theo cấp số mũ

Nhiệt độ đó tiếp tục được duy trì (tương đối bình ổn) qua 1 thời gian , độ dàicủa giai đoạn phụ thuộc vào loại hệ thống sản xuất compost sử dụng và bản chấtcủa chất thải Sau đó, nhiệt độ giảm dần xuống cho đến khi bằng môi trường xungquanh

Hình 3.6: Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian ủ

Giai đoạn nhiệt độ cao bình ổn có thể bị kéo dài nếu cơ chất phần lớn khóphân hủy hoặc các điều kiện vận hành không đạt mức tối ưu Nên lưu ý rằng sự gia

tăng nhiệt độ cao và mạnh mẽ sẽ giảm nhiều nếu rác thải có chứa nhiều chất trơ Cóthể xác định nhiều chất trơ trong chất thải dựa trên thông số chất rắn dễ bay hơithấp ( ví dụ như bùn đô thị loại 3) Ơ những trường hợp đó, nhiệt độ có thể sẽ thấphơn, nghĩa là nằm trong khoảng 50oC đến 60oC Nếu xuất hiện những điều kiện vậnhành không thuận lợi, giai đoạn nhiệt độ cao sẽ kéo dài ra và mức nhiệt độ cao sẽ

Mặc dù nhiệt phát sinh trong quá trình sản xuất compost là kết quả của quátrình biến dưỡng của vi khuẩn, năng lượng nhiệt được giữ lại trong khối compostphụ thuộc vào liên hệ của khối compost với môi trường xung quanh Nói tóm lại,nhiệt độ tăng lên giúp xác định lượng nhiềt phát sinh trong quá trình trao đổi chấtcủa vi khuẩn và nang lượng nhiệt được giữ lại trong khối ủ

Như vậy có hai nhân tố làm nhiệt độ tăng lên - đó là lượng nhiệt do hoạtđộng của quần thể vi khuẩn tạo ra và hiệu quả giữ nhiệt trong khối compost bằngbất cứ 1 vật liệu che phủ nào hoăc bằng 1 thùng chứa đựng kín khối compost Hiệuquả cách nhiệt một phần phụ thuộc vào kích thước khối compost Ở những khu vực

có nhiệt độ không khí bên ngoài cao hơn từ 8 đến 10oC, thể tích tối thiểu cho phépgiữ nhiệt là 1m3

Giai đoạn “trưởng thành” (maturation), mặc dù không có các yếu tố xác địnhranh giới (nghĩa là vẫn duy trì những điều kiện tối ưu), được nhận biết nhờ sự bấtđầu giảm nhiệt độ liên tục, và đồng thời nhờ 1 số chỉ thị khác về hoạt động của vikhuẩnNói tóm lại, nhiệt độ giảm xảy ra đồng thời với giai đoạn hoàn thành sảnphẩm compost và kết quả là làm tăng độ ổn định của sản phẩm Những kinh

nghiệm đã qua cho thấy rằng sản phẩm compost có thể sử dụng an toàn hoặc có thểlưu trữ được sau khi nhiệt độ cuối cùng giảm đến mức 40oC

Hình thức bề ngoài

Khối compost dần dần sậm lại, chứng tỏ quá trình compost diễn ra đúnghướng và thỏa đáng Sản phẩm compost cuối cùng luôn luôn có màu xám sẫm hoặcmàu hơi nâu nâu

Kích cỡ hạt

Các hạt cơ chất có khuynh hướng ngày càng nhỏ vì sự phân rã và sự cọ sátdiễn ra giữa các hạt , Ngoài ra, sự phân hủy làm cho các thớ sợi trở nên dòn, dễgãy và làm cho vật chất không có hình dạng nhất định trở thành có dạng hạt

Sự phân hủy của chất rắn dễ bay hơi

Mức độ và tốc độ phân hủy chất rắn dễ bay hơi là những thông số vận hànhchủ yếu.Thay đổi những thông số này sẽ khiến phân hủy chất dể bay hơi, biến đổicấu trúc phân tử và gia tăng độ ổn định Một trong nhưng nguyên nhân quan trọnggây ra sự thay đổi này là sự phân hủy những cơ chất rắn dể bay hơi ( nghĩa là chấthữu cơ), oxy hóa sinh học chúng, tạo ra sản phẩm là CO2 Bởi vì quá trình sản xuấtcompost là một quá trình phân hủy sinh học có kiểm soát, trong quá trình đó nhữngchất phức tạp được phân hủy thành những chất đơn giản hơn, những cấu trúc phân

tử phức tạp được thay thế bằng những cấu trúc phân tử đơn giản hơn những phân tử

chất rắn dể bay hơi và sự chuyển hóa cấu trúc phân tử phức tạp đến dạng đơn giảnhơn làm cho độ ổn định của chất hữu cơ làm cơ chất tăng lên.

3.4.4.2 Sử dụng đại lượng:

Vai trò của các thông số vận hành để phân tích và điều chỉnh những sai sótcủa quá trình sản xuất compost bổ sung cho chức năng dùng để giám sát quá trìnhcủa chúng Những ví dụ minh họa vai trò kép này được trình bày:

Ví dụ đầu tiên là về thông số nhiệt độ: Nếu nhiệt độ của khối compost khôngtăng, hoặc tăng chậm rất chậm, mặc dù chất thải đã được đánh luống hay đã đượcđưa vào bể phản ứng xong, có thể nhận định sau đây đúng: một số điều kiện trongquá trình sản xuất compost chưa hợp lý hoặc đã gây ức chế Trong trường hợp đó,vấn đề có khả năng xảy ra cao nhất là độ ẩm cao quá mức hoặc thấp quá mức Mùihôi ngày càng nhiều là dấu hiệu của độ ẩm quá mức Ngược lại, không có bất cứmùi nào sẽ biểu thị cho độ ẩm quá thấp 1 nguyên nhân khác không liên quan đếnhơi ẩm là tỷ lệ C:N cao hơn mức giới hạn Rất khó để phân tích vấn đề này vì trongthực tế, khi tỷ lệ C:N cao, thỉnh thoảng vẫn có dấu hiệu tăng nhiệt độ Khả năng thứ

3 là độ pH thấp hơn khoảng 5.5 hoặc cao hơn khoảng 8.5

Độ ẩm cao quá có thể điều chỉnh bằng cách thêm vật liệu nặng (có nhiềuchất xơ) Một giải pháp khác là tăng cường làm thoáng khí Làm thoáng không chỉcung cấp oxi cần thiết, mà còn làm hơi ẩm bay hơi Thêm nước là biện pháp đươngnhiên để điểu chỉnh độ ẩm quá thấp Tỷ lệ C:N cao có thể hạ thấp bằng cách thêmvào cơ chất với chất thải có hàm lượng Nitơ cao (bùn thải từ nhà máy xử lý nướcthải; phân gia cầm, heo hay cừu) Nước vôi trong có thể dùng để tăng độ pH Tuynhiên, dùng nước vôi trong sẽ dẫn tới một số khó khăn đã được trình bày trongphần nói về pH

Một sự thay đổi đột ngột trong thông số vận hành là dấu hiệu của quá trìnhphát triển compost không bình thường Vì vậy, 1 sự gián đoạn bất ngờ khi nhiệt độđang tăng vọt theo cấp số mũ sẽ biểu thị cho 1 tình huống hạn chế sự phát triển, ví

dụ như độ ẩm trong luống compost cao quá mức hoặc hệ thống làm thoáng trong hệthống sản xuất compost có gì đó trục trặc Cho dù làm thoáng không thích hợp hoặc

độ ẩm không đủ, vấn đề nào cũng đột ngột làm chậm lại sự gia tăng nhiệt độ hoặcthu ngắn giai đoạn nhiệt độ duy trì cao.

Mùi hôi là dấu hiệu của sự thiếu hụt oxi, thường là vì cơ chất có độ ẩm quácao Nếu độ ẩm không phải là nguyên nhân, hệ thống hoặc quá trình làm thoángkhông đầy đủ có thể là nguyên nhân kế tiếp Lý do là mùi hôi thường có liên quanvới VSV kỵ khí, mặc dù hơi thô thiển, nhưng lúc này khứu giác giống như là 1 thiết

bị quan trắc Có thể sử dụng 1 máy đo Oxy; tuy nhiên, mặc dù hiệu quả hơn, đángtin cậy hơn, nó rất đắt tiền Với 1 hệ thống tự động, lượng oxi trong không khí “cấpvào” hiển nhiên sẽ lớn hơn trong dòng không khí thoát ra

3.4.4.3 Đo lường độ ổn định của sản phẩm/quá trình:

Xem sản xuất compost là 1 giải pháp xử lý chất thải, người ta không ngừngtìm kiếm thí nghiệm nào vừa thực tế về mặt khoa học vừa tiết kiệm để xác địnhmức độ ổn định của quá trình hay của sản phẩm Do đó, rất nhiều thí nghiệm và kỹthuật phân tích đã được xem xét Vấn đề là tất cả những thí nghiệm đó ít hay nhiềuđều có những khiếm khuyếtlàm giảm tính có ích của chúng Ví dụ như với thínghiệm dựa trên những thay đổi tính chất vật lý của sản phẩm compost hay cơ chất,thí nghiệm này thường có tính chủ quan cao, và đã chủ quan thì thường khó cóđược thông tin xác thực Sự nhầm lẫn sự ổn định với ổn định tạm thời gây ra bởilượng hơi ẩm thấp minh họa cho tính chủ quan

Một khiếm khuyết khác rất thường gặp là thiếu tính tổng quát, thể hiện dướidạng những giá trị không thích hợp Ví dụ như thí nghiệm xác định độ ổn định dựatrên nồng độ chất rắn dễ bay hơi Giả thiết cho thí nghiệm này là tất cả chất liệuchứa chất rắn dễ bay hơi sẽ phân hủy với tốc độ như nhau và phân hủy sinh họcgiống y như nhau Từ giả thiết này, do thiếu tính tổng quát, sẽ có thể xuất hiệnnhững lý luận sai lầm

Các khiếm khuyết nói chung nhanh chóng được khắc phục nhờ những cảitiến phương pháp phân tích và sự tiến bộ trong kỹ thuật phân tích Nhưng rất tiếc,những tiến bộ đó cũng đòi hỏi người thực hiện phải có trình độ chuyên môn cao và

sử dụng những trang thiết bị đắt tiền

a Tỷ lệ C:N thấp:

Có tỷ lệ C:N thấp hơn 20:1 thì không nhất thiết biểu thị ổn định; và

do đó nếu dùng nó để đo tính ổn định hoặc sự tăng trưởng có lẽ không phù hợp Tỷ

lệ C:N của phân tươi (không bao gồm lớp trải nền) thường thấp hơn 20:1

b Nhiệt độ sau cùng giảm xuống thấp:

Trong 1 trong những thí nghiệm đầu tiên, tiêu chuẩn để đạt được tính

ổn định là khối compost(composting mass) giảm dần và giảm liên tục nhiệt độ saucùng Tính kỹ thuật này dựa trên sự thật rằng sự giảm sút nhiệt độ xảy ra do khôngcòn vật liệu dễ phân hủy (không ổn định) Ưu điểm của thông số này là sử dụng nó

ở đâu cũng đều như nhau; kiểu tăng giảm nhiệt độ (nghĩa là hình dạng của đườngcong nhiệt độ) thế nào vẫn biểu diễn cùng 1 tính chất, bất kể vật liệu được sản xuấtcompost là gì Nhưng mặc dù nó đáng tin cậy, thí nghiệm này tốn thời gian, không

có tính kỹ thuật ứng dụng tổng quát, và phụ thuộc vào độ tự tỏa nhiệt của vật liệu.Tuy nhiên, thí nghiệm này hoàn toàn hợp lý khi ứng dụng ở các nước đang pháttriển và cho những vận hành sản xuất nhỏ và vừa ở các nước công nghiệp

c Self-heating capacity(khả năng tự sinh nhiệt)

Thí nghiệm, về khả năng tự sinh nhiệt của vật liệu, là biến số cho sựthay đổi giảm nhiệt độ sau cùng Làm thí nghiệm này là đưa mẫu vào bình Dewarflasks Bình Dewar được quấn trong nhiều lớp vải lót côtông hoặc bất kỳ chất liệucách nhiệt nào khác Sau khi quấn, bình Dewar được đặt trong lò ủ

Mức độ ổn định được biểu thị bởi mức độ tăng nhiệt độ sau đó.Phương pháp này tổng quát vì sự giảm sút thông số nhiệt độ là như nhau trong mọitình huống Nhược điểm của nó là rất mất thời gian, , có thể là rất nhiều ngày Tuynhiên, nó khá đơn giản, tương đối rẻ, và hợp lý để sử dụng trong các nước đangphát triển

d Mức độ oxi hoá:

Một tiêu chí khác dùng để đo lường sự ổn định sự khác biệt rộng rãigiữa tỷ lệ vật liệu dễ phân hủy trong nguyên liệu đầu vào “feedstock” và trong mẫuđang làm thí nghiệm Tỷ lệ vật liệu dễ phân hủy có nghĩa là nồng độ chất có thểoxy hóa Do đó, phương pháp được thiết kế để xác định lượng chất dễ phân hủy,nghĩa là, tính toán chất có thể oxi hoá, trong 1 mẫu đại diện Cơ sở cho thí nghiệm