Thiết kế hệ thống sản xuất phân compost công suất tiếp nhận 10 tấn ngày

Tổng quan về chất thải rắn Nguồn gốc phát sinh, thành phần và tốc độ phát sinh của chất thải rắn là cơ sở quan trọng trong thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý và đề xuất các chương trình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT PHÂN COMPOST CÔNG

SUẤT TIẾP NHẬN 10 TẤN / NGÀY

GVHD: PGS TS Nguyễn Tấn Phong SVTH: Nguyễn Hoàng Lộc 1712045

Tô Nguyễn Huỳnh Ngân 1712295

TP HCM, Tháng 01/2021

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT PHÂN COMPOST CÔNG

SUẤT TIẾP NHẬN 10 TẤN / NGÀY

GVHD: PGS TS Nguyễn Tấn Phong SVTH: Nguyễn Hoàng Lộc 1712045

Tô Nguyễn Huỳnh Ngân 1712295

TP HCM, Tháng 01/2021

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH i

DANH MỤC BẢNG BIỂU ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COMPOST TỪ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ 3

2.1 Tổng quan về chất thải rắn 3

2.2 Tính chất chất thải rắn 3

2.2.1 Tính chất vật lý của chất thải rắn 3

2.2.2 Tính chất hóa học của chất thải rắn 4

2.3 Phân loại chất thải rắn 6

2.3.1 Phân loại theo công nghệ quản lý – xử lý 6

2.3.2 Phân loại theo quan điểm thông thường 7

2.4 Phương pháp ủ phân sinh học 8

2.4.1 Quá trình làm phân compost 8

2.4.2 Định nghĩa compost 9

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng 9

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN COMPOST 18

3.1 Các phương pháp ủ phân Compost 18

3.1.1 Ủ yếm khí 18

3.1.2 Ủ hiếu khí 18

3.2 Lựa chọn phương án 22

3.2.1 Xử lý rác thải bằng phương pháp ủ đống tĩnh có đảo trộn 22

3.2.2 Xử lý rác thải để thu hồi khí sinh học và phân bón hữu cơ sinh học 24

3.2.3 Lựa chọn công nghệ 25

3.2.4 Xử lý rác thải sinh hoạt bằng phương pháp ủ luống thổi khí cưỡng bức 26 3.2.5 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 27

3.2.6 Đặc điểm của công nghệ 29

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH CỦA NHÀ MÁY COMPOST 32

4.1 Xác định khối lượng, công thức phân tử 32

4.1.1 Thực phẩm thừa 32

4.1.2 Trấu 33

4.2 Xác định và tính toán lượng vật liệu cần thiết để phối trộn 35

4.3 Tính toán thiết kế khu tiếp nhận rác 37

4.5 Khu vực lưu trữ vật liệu phối trộn 38

4.6 Khu vực phối trộn vật liệu 39

4.7 Tính toán thiết kế hệ thống hầm ủ 41

4.7.1 Bể ủ hiếu khí 41

4.7.2 Lượng nước rỉ rác 43

4.7.3 Luống ủ chín 44

4.7.4 Khu vực ổn định mùn 45

4.7.5 Hệ thống phân loại thô 45

4.8 Tính toán hệ thống cấp khí 46

4.9 Khu vực phụ 49

4.9.1 Khu vực sàn 49

4.9.2 Khu vực hoàn thiện sản phẩm 50

4.9.3 Khu vực đóng gói sản phẩm 51

4.9.4 Kho chứa sản phẩm 51

4.9.5 Nhà điều hành 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ xử lý rác thải ủ đống tĩnh có đảo trộn

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất phân compost từ rác thải sinh hoạt

Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ xử lý rác thải để thu hồi khí và phân bón hữu cơ sinh học

Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt bằng phương pháp ủ luống thổi khí cưỡng bức

Hình 4.1: Máy phối trộn inox 3A 5.5 kW

Hình 4.2 Thiết bị sàng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Phân loại theo công nghệ xử lý

Bảng 2.2: Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí Bảng 4.1: Tỷ lệ % khối lượng các nguyên tố của mẫu CTR

Bảng 4.2: Khối lượng (khô) các nguyên tố cơ bản có trong thành phần CTR Bảng 4.3: Khối lượng (khô) các nguyên tố cơ bản có trong thành phần trấu

Bảng 4.4: Thông số thiết kế và tính toán khu tiếp nhận

Bảng 4.5: Thông số thiết kế và tính toán kho lưu trữ vật liệu phối trộn

Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật của máy trộn

Bảng 4.7: Thông số thiết kế và tính toán khu phối trộn

Bảng 4.8: Tổng kết số liệu tính toán về hầm ủ hiếu khí

Bảng 4.9: Thông số thiết kế và tính toán khu ủ chín

Bảng 4.10 Thông số kỹ thuật thiết bị sàng

Bảng 4.11 Thông số kho chứa sản phẩm

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CTR: Chất thải rắn

CTRSH: Chất thải rắn sinh hoạt

NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

ĐBSCL: Đồng bằng sông Hồng

ĐBSH: Đồng bằng sông Cửu Long

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lý do chọn đề tài

Việt Nam hiện có trên 63 triệu dân sống ở vùng nông thôn, chiếm hơn 65,6% dân số cả nước Mỗi năm, khu vực nông thôn phát sinh một lượng lớn chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH), trong đó hầu hết vẫn chưa được thu gom để xử lý hợp vệ sinh Theo số liệu của UBND, Sở NN&PTNT và Văn phòng nông thôn mới của 50 tỉnh/TP cho thấy, nguồn phát sinh CTRSH nông thôn chủ yếu từ các hộ gia đình, chợ, nhà kho, các cơ quan hành chính, trường học, cửa hàng dịch vụ thương mại, nơi công cộng trên địa bàn, với khối lượng là 6.731.347,9 tấn/năm và không đều giữa các khu vực, trong đó đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là hai khu vực phát sinh lượng CTRSH nông thôn lớn nhất, chiếm lần lượt

là 27,3% và 23,4% tổng lượng CTRSH nông thôn phát sinh Hiện nay, nước ta đang

áp dụng 4 công nghệ xử lý CTRSH nông thôn gồm: Chôn lấp 51,5%, đốt tập trung 16,5% và ủ phân kết hợp đốt/chôn lấp tại hộ gia đình 3,4% Trong đó, lượng CTRSH nông thôn đang được xử lý tại 991 bãi chôn lấp (cả bãi hở và bãi hợp vệ sinh); 294 lò đốt và 26 nhà máy sản xuất phân compost [1]

Từ số liệu trên có thể thấy rác thải chủ yếu được đem đi chôn lấp đòi hỏi phải

có diện tích đất đủ lớn để đáp ứng nhu cầu chôn lấp rác Để giải quyết phần nào vấn

đề này cần có phương pháp xử lý rác phù hợp hơn với điều kiện thực tế hiện nay Ủ phân compost là một hướng đi có triển vọng cho mục đích này, do nước ta là một nước nông nghiệp cần sử dụng lượng lớn phân bón cho cây trồng Đặc biệt ngành nông nghiệp nước ta lại đang đứng trước nguy cơ bị thoái hóa đất do nông dân quá lạm dụng vào việc sử dụng phân hóa học thì phân hữu cơ rất cần thiết để cải thiện chất lượng đất Việc áp dụng phương pháp áp dụng xử lý rác bằng vi sinh tạo phân hữu cơ cung cấp cho trồng trọt là hoàn toàn phù hợp cho mục tiêu phát triển nông nghiệp bền vững

1.2 Mục tiêu đề tài

Thiết kế hệ thống sản suất phân compost công suất tiếp nhận 10 tấn/ngày với

nguồn nguyên liệu đầu vào là rác thải sinh hoạt nông thôn Đáp ứng nhu cầu sử dụng phân của khu vực nông thôn nói riêng và điều kiện công nghệ của Việt Nam nói chung

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

COMPOST TỪ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ

2.1 Tổng quan về chất thải rắn

Nguồn gốc phát sinh, thành phần và tốc độ phát sinh của chất thải rắn là cơ sở quan trọng trong thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý và đề xuất các chương trình quản lý chất thải rắn thích hợp

Có nhiều cách phân loại nguồn gốc phát sinh chất thải rắn khác nhau nhưng phân loại theo cách thông thường nhất là:

- Rác đường phố và nơi công cộng: bao gồm lá cây, rác sinh hoạt của các hộ dân ném ra đường, rác do khách vãn lai và một phần bị rơi vĩa trong quá trình thu gom, vận chuyển

- Rác công sở: phát sinh từ các nhà máy, xí nghiệp nhà nước hoặc tư nhân, trường học, bệnh viện…

- Rác chợ: phát sinh từ các hoạt động buôn bán hàng hóa, từ cá quán ăn uống trong chợ

- Rác từ các dịch vụ khách sạn, nhà hàng: phát từ từ các dịch vụ ăn uống phục

vụ cho khách địa phương, khách du lịch

- Rác từ hộ gia đình: phát sinh từ sinh hoạt của dân cư

2.2 Tính chất chất thải rắn

2.2.1 Tính chất vật lý của chất thải rắn

Những tính chất vật lý quan trọng nhất của chất thải rắn đô thị là trọng lượng riêng Độ ẩm, kích thước, sự cấp phối hạt, khả năng giữa ẩm tại thực địa, độ xốp của rác nén của các vật chất trong thành phần chất thải rắn

- Trọng lượng riêng:

Trọng lượng riêng của chất thải rắn là trọng lượng của một đơn vị vật chất

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

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

Khi sử dụng các phương pháp khác nhau thì kết quả sẽ có sự sai lệch, tùy thuộc vào hình dáng kích thước của chất thải mà ta chọn phương pháp đo lường cho phù hợp

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

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

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

50 – 60%)

2.2.2 Tính chất hóa học của chất thải rắn

Các thông tin về thành phần hóa học đóng vai trò rất quan trọng trong việc đánh giá các phương pháp lựa chọn phương thức xử lý và tái sinh chất thải Có 04

phân tích hóa học quan trọng nhất là:

- Phân tích gần đúng sơ bộ

- Điểm nóng chảy của tro

- Phân tích cuối cùng (các nguyên tố chính)

- Hàm lượng năng lượng của chất thải rắn

1) Phân tích sơ bộ

Phân tích sơ bộ gồm các thí nghiệm sau:

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

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

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

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

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

2) Điểm nóng chảy của tro

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

22000F (1100 đến 12000C)

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

Phân tích cuối cùng các thành phần tạo thành chất chủ yếu xác định phần trăm (%) của các nguyên tố C, H, O, N, S và tro Kết quả phân tích cuối cùng mô tả các thành phần hóa học của chất hữu cơ trong chất thải rắn Kết quả này còn đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định tỉ số C/N của chất thải có thích hợp cho quá trình chuyển hóa sinh học hay không

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

- Hàm lượng năng lượng của các thành phần chất hữu cơ trong chất thải rắn có thể xác định bằng một trong các cách sau:

- Sử dụng nồi hay lò chưng cất qui mô lớn

- Sử dụng bình đo nhiệt trị trong phòng thí nghiệm

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

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

O: % trọng lượng của Oxi

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

2.3 Phân loại chất thải rắn

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

2.3.1 Phân loại theo công nghệ quản lý – xử lý

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

được, các chất không cháy được, các chất hỗn hợp

Bảng 2.1: Phân loại theo công nghệ xử lý

Cỏ, gỗ củi, rơm rạ

Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ

gỗ, tre, rơm…

Đồ dùng bằng gỗ như bàn ghế, đồ chơi, vỏ dừa…

Chất dẻo

Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ chất dẻo

Phim cuộn, túi chất dẻo, chai lọ, dây điện, các đấu vòi…

Da và cao su

Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ da

Vỏ hộp, dây điện, hàng rào, dao, nắp lọ…

Các kim loại phi sắt Các vật liệu không bị

Chai lọ, đồ đựng bằng thủy tinh, bóng đèn

Đá và sành sứ

Bất kì một loại vật liệu không cháy khác ngoài kim loại và thủy tinh

Vỏ chai, ốc, xương, gạch đá, gốm…

Các chất hỗn hợp

Tất cả các loại vật liệu khác không phân loại trong bảng này Loại này có thể chia làm hai phần: kích thước nhỏ hơn 5mm và lớn hơn 5mm

Đá cuội, cát, đất, tóc…

2.3.2 Phân loại theo quan điểm thông thường

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

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

từ các hộ gia đình, công sở, hoạt động thương mại… Các chất cháy được như giấy,

carton, plastic, vải, cao su, da, gỗ… và chất không cháy được như thủy tinh, vỏ hộp kim loại…

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

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

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

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

- Chất thải nông nghiệp: Vật chất loại bỏ từ các hoạt động nông nghiệp như gốc rơm, rạ, cây trồng, chăn nuôi Hiện nay chất thải này chưa được quản lý tốt ngay ở các nước phát triển vì đặc điểm phân tán về số lượng và khả năng tổ chức thu gom

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

2.4 Phương pháp ủ phân sinh học

2.4.1 Quá trình làm phân compost

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

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

Trong quá trình làm phân compost hiếu khí, các vi sinh vật tùy tiện và hiếu khí bắt buộc chiếm ưu thế Ở giai đoạn đầu – pha thích nghi, giai đoạn cần thiết để

vi sinh vật thích nghi với môi trường mới – vi sinh vật ưa lạnh (mesophilic) chiếm

ưu thế nhất Khi nhiệt độ gia tăng- pha tăng trưởng và pha ưu nhiệt – vi sinh vật chịu nhiệt (thermophilic) lại là nhóm trội trong khoảng từ 5-10 ngày Và ở giai đọan cuối – pha trưởng thành – khuẩn tia (actinomycetes) và mốc xuất hiện Do các loại vi sinh vật này có thể không tồn tại trong CTRSH ở nồng độ thích hợp, nên cần

bổ sung chúng vào vật liệu làm phân như là chất phụ gia

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

2.4.2 Định nghĩa compost

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

Compost là sản phẩm của quá trình chế biến compost, đã được ổ định như humus, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn trùng, có thể được lưu trữ an toàn và có lợi cho sự phát triển của cây trồng

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng

2.4.3.1 Các yếu tố vật lý

- Nhiệt độ

Nhiệt trong khối ủ là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi vi sinh vật, phụ thuộc vào kích thước của đống ủ, độ ẩm, không khí và tỷ lệ C/N, mức độ xáo trộn và nhiệt độ môi trường xung quanh

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

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ CTR Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55 – 650C, vì ở nhiệt

độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này, sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh

Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý

- Độ ẩm

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

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

rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt

dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác

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

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

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

hợp cho quá trình phân hủy sinh học

- Độ xốp

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

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

sự trao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phần tử hữu

cơ hiện diện trong các vật liệu ủ Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt

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

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

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

độ và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy

- Thổi khí

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

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

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

an toàn vì có thể chứa vi sinh vật gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối phân lớn hơn 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát nitơ dưới dạng NH3 Trái lại, nếu thổi khí quá ít, môi trường bên trong khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho quá trình ủ phân thường trong khoảng 5 –10m3 khí/tấn nguyên liệu/h

2.4.3.2 Các yếu tố hóa sinh

- Tỷ lệ C/N

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

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

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

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

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

sự phân hủy xảy ra chậm

Khi bắt đầu quá trình ủ phân rác, tỷ lệ C/N giảm dần từ 30:1 xuống còn 15:1 ở các sản phẩm cuối cùng do hai phần ba carbon được giải phóng tạo ra CO2 khi các hợp chất hữu cơ bị phân hủy bởi các vi sinh vật

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

Trong thực thế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ lệ C/N tối ưu gặp

phải khó khăn vì những lý do sau:

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

• Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không sẵn có

• Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn Azotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO43-

• Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác

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

8 , 1

% 100

=

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

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

Nếu tỷ lệ C/N của CTR làm phân cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của vi sinh vật do thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hoá, oxy hoá phân carbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn Theo nghiên cứu cho thấy, nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 – 50, thời gian cần thiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày

- Oxy

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân rác Khi vi sinh vật oxy hóa carbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2được sinh ra Khi không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi như mùi trứng gà thối của khí H2S

Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5% Nồng độ

oxy lớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân rác hiếu khí

- Dinh dưỡng

Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu là cần thiết cho sự chuyển hóa của vi sinh vật Thông thường, các chất dinh dưỡng này không có giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu cho quá trình ủ phân rác

- pH

Giá trị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình

ủ phân rác Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ Trong giai đầu của quá trình ủ phân rác, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kìm hãm sự phân hủy lignin và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân rác Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật

- Vi sinh vật

Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau Vì sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm: actinomycetes và vi khuẩn Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn

- Chất hữu cơ

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

và ligno – cellulosics là những chất phân hủy rất chậm

Bảng 2.2: Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí

Thông số Giá trị

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

75mm

2 Tỉ lệ C/N

Tỉ lệ C: N tối ưu dao động trong khoảng 25 - 50

- Ở tỉ lệ thấp hơn, dư NH3, hoạt tính sinh học giảm

- Ở tỉ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế

3 Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn

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

ưu là 55%

5 Đảo trộn

Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và sự tạo thành các rảnh khí, trong quá trình làm phân hữu cơ, CTR phải được xáo trộn định kỳ Tần suất đảo trộn phụ thuộc vào quá trình thực hiện

6 Nhiệt độ

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

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

không được vượt quá 8,5

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN COMPOST

3.1 Các phương pháp ủ phân Compost

3.1.1 Ủ yếm khí

Công nghệ ủ rác yếm khí được sử dụng rộng rãi ở Ấn Độ (chủ yếu ở quy mô nhỏ) Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong rác thải diễn ra nhờ sự hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí So với ủ hiếu khí thì công nghệ này có một số mặt hạn chế sau: Thời gian lâu (4 ÷ 12 tháng), các vi khuẩn gây bệnh luôn tồn tại cùng quá trình phân hủy vì nhiệt độ phân hủy thấp, các khí Metan, Sunfurhydro gây mùi hôi thối khó chịu… Tuy nhiên, đây là biện pháp có tính kinh tế (đầu tư thấp), có thể kết hợp tốt với các loại phân khác như phân hầm cầu, phân gia súc, than bùn… cho ta phân hữu cơ với hàm lượng dinh dưỡng cao Lượng khí sinh học (biogas) sinh ra trong quá trình ủ có thể thu hồi dùng làm nhiên liệu

3.1.2 Ủ hiếu khí

Công nghệ ủ hiếu khí dựa trên sự hoạt động của các vi khuẩn hiếu khí trong điều kiện được cung cấp oxy đầy đủ Các vi sinh vật tham gia vào quá trình này thường có sẵn trong thành phần rác thô, chúng thực hiện quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong rác thành CO2 và nước Thường thì chỉ sau 2 ngày ủ, nhiệt độ khối ủ tăng lên đến khoảng 45oC và sau 6 – 7 ngày thì đạt 70 – 750C Nhiệt độ này chỉ đạt được với điều kiện duy trì không khí và độ ẩm tối ưu cho vi sinh vật hoạt động Sự phân hủy hiếu khí diễn ra khá nhanh, chỉ sau 2 – 4 tuần thì rác được phân hủy hoàn toàn Các vi khuẩn gây bệnh và côn trùng bị hủy diệt do nhiệt độ tăng cao Bên cạnh đó mùi hôi cũng được khử nhờ quá trình ủ hiếu khí Độ ẩm phải được duy trì tối ưu ở 50 – 60%

Có 4 kỹ thuật làm phân Compost hiếu khí được sử dụng rộng rãi trên thế giới:

1 Compost bằng cách phơi khô đánh luống

2 Compost bằng luống với khí thổi

3 Compost trong ống sắt hoặc trong bồn bê tông

4 Compost trong bao với khí thổi

3.1.2.1 Phương pháp phơi khô đánh luống:

Trong phương pháp làm phân Compost bằng cách phơi khô đánh luống, một trong những kỹ thuật làm phân Compost phổ biến nhất, các nguyên liệu có thể làm phân Compost được rải thành đống theo các hàng dài song song ở ngoài trời Các luống này được trở lật thường xuyên bằng cơ học

Kỹ thuật này có tính đơn giản nhất trong tất cả các kỹ thuật xử lý phân Compost và đòi hỏi ít vốn, máy móc và nhân công Tuy nhiên, vẫn còn tồn đọng nhiều vấn đề liên quan đến phương cách phơi khô đánh luống phân Compost như: mùi hôi, yêu cầu diện tích đất rộng, nước rò rỉ không kiểm soát được có thể làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt, thời gian ủ lâu và nồng độ độ ẩm không kiểm soát được vì thời tiết hay thay đổi Những bất lợi này có xu hướng làm phản tác dụng của vốn chi phí thấp Kỹ thuật này không thích hợp đối với những khu vực

có mùa mưa kéo dài và lượng mưa lớn

3.1.2.2 Compost bằng luống với khí thổi:

Kỹ thuật này cải tiến hơn phương pháp làm phân Compost phơi khô đánh luống bằng cách dùng áp lực đưa khí vào các luống (thông qua áp lực khí âm hoặc dương)

để tăng tốc quá trình phân hủy tự nhiên Trong khi phương pháp này cần ít diện tích đất hơn là quá trình phơi đánh luống, nó vẫn còn phụ thuộc vào sự thay đổi của thời tiết, mùi hôi và các vấn đề khó chịu tiềm ẩn khác do các luống làm phân compost mở (không kín) Phương án thực hiện tất cả các bước trên ở trong nhà để giải quyết các vấn đề về mùi hôi và thời tiết cũng đã được thử nghiệm nhưng chi phí cho một tòa nhà lớn phục vụ cho quá trình này không thể đem lại hiệu quả về kinh tế Vì quá trình xử lý sẽ thải ra lượng khí thải rất khó chịu nên khi được thực hiện trong nhà thì cần phải có một máy lọc sinh học đắt tiền Quy trình này không được đề xuất cho vùng có khí hậu nhiệt đới, mưa nhiều và cả những trung tâm đô thị lớn ít đất trống

Mặc dù kỹ thuật này vẫn có thể thực hiện được trong một tòa nhà tại Việt Nam nhưng chi phí của nó quá cao đến mức không khả thi

3.1.2.3 Compost trong ống sắt:

Phương pháp làm phân Compost kỹ thuật kín là cho các nguyên liệu hữu cơ vào bên trong thùng, xilô (hầm ủ) hoặc các loại côngtenơ, cấu trúc khác và thổi khí và/hay đảo trộn nguyên liệu Phương cách chế biến phân Compost kỹ thuật kín thông thường sử dụng các thùng thép lớn có các dụng cụ quay Đây là quy trình theo hệ thống khép kín được thiết kế để khắc phục sự thay đổi của thời tiết, mùi hôi và các vấn đề phiền toái khác Sau một thời gian trong thùng quay, phân Compost phải được chuyển đến các luống phơi trong nhà và sau đó chuyển đến các ống ủ phân Đây là một quy trình đắt tiền, cần các tòa nhà lớn, máy móc kềnh càng và chi phí vận hành cao Chi phí cao dành cho các tòa nhà và các dụng cụ thép lớn làm cho giải pháp này trở nên quá tốn kém đối với hầu hết các đô thị Ngoài ra, chi phí cung cấp năng lượng cho công nghệ này cao gấp gần 10 lần so với các kỹ thuật làm phân Compost Quy trình này không được đề xuất vì chi phí đầu tư không tiết kiệm

3.1.2.4 Compost trong bao kín có thổi khí:

Phương pháp này bao gồm việc đặt các nguyên liệu có thể làm phân Compost vào các túi lớn có hàm lượng polythene thấp và đưa không khí vào nguyên liệu trong các túi này để đẩy nhanh quá trình làm phân Compost tự nhiên Những túi này phải lớn, có sức chứa khối lượng lớn để bảo vệ rác trong các điều kiện thời tiết và tránh tiếp xúc với không khí Điều này giúp ngăn chặn được mùi hôi thoát ra và các vấn đề côn trùng, sâu bọ mà không cần đến một tòa nhà tốn nhiều chi phí

3.1.2.5 Nhận xét

Mặc dù các kỹ thuật Composting là những giải pháp quản lý rác thải hiệu quả nhưng những kỹ thuật này phải giải quyết được một số vấn đề về kỹ thuật và vận hành sau đây Nếu không giải quyết được mỗi và mọi vấn đề này, một Nhà máy Composting sẽ gặp phải nguy cơ thất bại hoặc không đủ năng lực đáp ứng thiết kế

và yêu cầu kinh tế Nhiều nhà máy Composting trên khắp thế giới đã phải những vấn

đề như vậy và nhiều nhà máy đã bị đóng cửa vì nguyên do đó

− Tác động của thời tiết: Việc làm phân compost ngoài trời gặp phải một số vấn

đề không nhỏ về thời tiết, đặc biệt trong mùa mưa và gió mùa ở vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới

− Các vấn đề về thiết kế địa điểm: Nhiều nhóm kỹ sư do thiếu kinh nghiệm thiết

kế và vận hành trong lĩnh vực này nên có thể tạo ra nhiều vấn đề lớn trong việc

xử lý không hiệu quả và không thỏa đáng

− Lựa chọn thiết bị: Lựa chọn thiết bị không đúng đã từng là nguyên nhân của nhiều thất bại trong quá khứ Thiết bị có thiết kế kém cũng làm hao tốn nhiều năng lượng mà không đem lại kết quả xử lý như mong đợi

3.1.2.7 Các vấn đề về vận hành Nhà máy

− Huấn luyện nhân viên vận hành máy móc: Thiếu sự huấn luyện nguồn nhân lực địa phương một cách đúng đắn có thể gây ra thương tích, nhà máy hoạt động thiếu hiệu quả, và sản phẩm kém chất lượng

− Kiểm soát chất lượng: Không có chương trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt thì số lượng và chất lượng của phân Compost sẽ không đạt tiêu chuẩn và dẫn đến hiệu quả hoạt động kém

3.2 Lựa chọn phương án

3.2.1 Xử lý rác thải bằng phương pháp ủ đống tĩnh có đảo trộn

* Qui trình công nghệ

Rác thải được tiếp nhận và tiến hành phân loại Rác thải hữu cơ được lên men

từ 8 – 10 tuần lễ, sau đó sàng lọc và đóng bao.

* Ưu điểm

- Thu hồi được sản phẩm làm phân bón Tận dụng được nguồn bùn là các phế thải của thành phố hoặc bùn ao Cung cấp được nguyên liệu tái chế cho các ngành công nghiệp Kinh phí đầu tư và duy trì thấp

* Hạn chế

- Hiệu quả phân hủy hữu cơ không cao Chất lượng phân bón thu được thu hồi không cao vì có lẫn các kim loại nặng trong bùn hoặc bùn ao Không phù hợp với khí hậu nhiệt đới Việt Nam vì phát sinh nước rỉ rác, không đảm bảo được vệ sinh môi trường, ảnh hưởng đến nguồn nước mặt và nước ngầm Diện tích đất sử dụng quá lớn