CÔNG NGHỆ COMPOSTING

CƠNG NGHỆ COMPOSTING GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG Email: ntphong@hcmut.edu.vn 7.1 TỔNG QUAN 7.2 LI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CÔNG NGHỆ COMPOSTING 7.3 CÁC PHẢN ỨNG SINH HÓA VÀ VI SINH VẬT 7.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG PHÂN HỦY 7.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ BIẾN PHÂN COMPOST 7.6 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN ĐIỂN HÌNH 7.7 SO SÁNH QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN COMPOST HIẾU KHÍ VÀ PHÂN HỦY KỊ KHÍ TỔNG QUAN   Các công nghệ sản xuất phân hữu (compost) từ CTR đô thò gồm phân hủy kỵ khí ủ hiếu khí Bản chất chung trình sử dụng vi sinh vật để ổn đònh thành phần hữu có CTR đô thò trước sử dụng xử lý tiếp TỔNG QUAN   Quá trình chế biến phân hữu cơ: trình chuyển hoá thành phần hữu chất thải rắn đô thò thành chất mùn ổn đònh nhờ hoạt động vi sinh vật Phân hữu cơ: chất mùn ổn đònh thu từ trình phân hủy chất hữu cơ, không chứa mầm bệnh, không lôi côn trùng, lưu trữ an toàn có lợi cho phát triển trồng TỔNG QUAN Các giai đoạn sản xuất phân hữu cơ:    Tiền xử lý chất thải rắn đô thò Phân huỷ thành phần hữu chất thải rắn đô thò Chuẩn bò sản phẩm tiếp thò sản phẩm TỔNG QUAN   Quá trình ủ hiếu khí trình phân hủy sinh học hiếu khí ổn đònh chất hữu CTR đô thò (loại trừ nhựa, cao su thuộc da) nhờ hoạt động vi sinh vật Quá trình ủ hiếu khí áp dụng đối với:1) rác vườn; 2) CTR đô thò phân loại; 3) hỗn hợp CTR đô thò; 4) kết hợp bùn thải từ trình xử lý nước thải TỔNG QUAN VSV, dinh dưỡng, ẩm, không khí CTR Phân loại Rác hữu Loại rác Tái chế, chôn lấp Phân hủy hiếu khí (ủ thành phân) Chất hữu không đạt yêu cầu Sàng phân loại Phân hữu Sơ đồ chung trình ủ hiếu khí CTR đô thò LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CƠNG NGHỆ COMPOST   1.Ổn đònh chất thải: Phản ứng sinh học xuất trình ủ phân compost biến đổi hợp chất hữu thành chất dạng vô thích hợp cho việc cải tạo đất hấp phụ trồng 2.Kiềm hãm hoạt tính mầm bệnh: Nhiệt độ phát sinh trình ủ đạt đến 60oC, ức chế hầu hết mầm bệnh vi khuẩn, virus, trứng giun sán Sản phẩm phân compost an toàn bón cho đất, sử dụng làm phân bón chất làm ổn đònh đất LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CƠNG NGHỆ COMPOST   3.Dinh dưỡng cải tạo đất: chất dinh dưỡng (N, P, K) sau trình ủ biến đổi thành chất vô NO3-, PO43- phù hợp cho việc hấp thụ trồng Các chất dinh dưỡng vô tồn dạng không hòa tan bò rò rỉ dạng hòa tan chưa thực trình ủ 4.Làm khô bùn: bùn lắng chứa đựng từ 80 –90% nước, tốn chi phí nhiều việc thu gom bùn, vận chuyển tiêu hủy Thông qua trình ủ phân bùn lắng làm khô nhiệt phát sinh trình thực phản ứng sinh học làm bốc nước LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CƠNG NGHỆ COMPOST  5.Tăng khả kháng bệnh cho trồng: Với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ chủng loại vi sinh vật đa dạng, phân hữu làm tăng suất trồng mà giảm thiểu bệnh trồng Đối với loại phân hoá học khác trồng hấp thu phần chất dinh dưỡng phân hữu trồng có khả hấp thụ hầu hết chất dinh dưỡng, đồng thời trồng phát triển tốt có khả kháng bệnh cao 10 LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CƠNG NGHỆ COMPOST      Những hạn chế trình làm phân hữu Hàm lượng chất dinh dưỡng phân hữu không thoã mãn yêu cầu Do đặc tính chất hữu thay đổi nhiều theo thời gian, khí hậu phương pháp thực hiện, nên tính chất sản phẩm khác Quá trình làm phân hữu thường tạo mùi hôi, gây mỹ quan Hầu hết nhà nông thích sử dụng phân hoá học không đắt tiền, dễ sử dụng tăng suất trồng cách rõ ràng 11 LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CƠNG NGHỆ COMPOST  Các tiêu chí thích hợp cho công nghệ compost:  Chi phí sản xuất cho đơn vò sản phẩm  Mức độ công nghệ  Tác động lên môi trường sức khỏe  Nhu cầu đất  Nhu cầu chất lượng phân compost  Mức độ hiểu biết chấp nhận cộng đồng 12 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT   Quá trình phân hủy CTR diễn phức tạp, theo nhiều giai đoạn tạo nhiều sản phẩm trung gian Ví dụ, trình phân hủy protein: protein  peptides amino acids  hợp chất ammonium  nguyên sinh chất vi khuẩn N NH3 Đối với carbonhydrate, trình phân hủy xảy ra: carbonhydrate  đường đơn  acid hữu  CO2 nguyên sinh chất vi khuẩn 13 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT    Căn biến thiên nhiệt độ chia trình ủ hiếu khí thành pha sau: Pha thích nghi: giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường Pha tăng trưởng: đặc trưng gia tăng nhiệt độ trình phân hủy sinh học 14 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT    Pha ưa nhiệt: giai đoạn nhiệt độ tăng cao Đây giai đoạn ổn đònh chất thải tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu COHNS + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + sản phẩm khác + lượng COHNS + VSV kỵ khí  CO2 + H2S + NH3 + CH4 +sản phẩm khác + lượng 15 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT  Pha trưởng thành: giai đoạn giảm nhiệt độ đến nhiệt độ môi trường Trong pha này, trình lên men xảy chậm, thích hợp cho hình thành chất keo mùn, chất khoáng cuối thành mùn Ngoài xảy phản ứng nitrate hoá, ammonia bò oxi hoá sinh học tạo thành nitrite (NO2) cuối thành nitrate (NO3-): 16 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT NH4+ + 3/2 O2  NO2- + 2H+ + H2O NO2- + ½ O2  NO3Kết hợp hai phương trình trên: NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O NH4+ tổng hợp với phản ứng đặc trưng: NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O  C5H7NO2 + 5O2 Phương trình phản ứng nitrate hoá tổng cộng: 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21 NO3+ C5H7NO2 + 20H2O + 42H+ 17 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT 70 60 Nhiệt độ 50 40 30 20 Pha thích nghi Pha tăng trưởng Pha ưa nhiệt Pha trưởng thành 10 Thời gian Biến thiên nhiệt độ trình ủ hiếu khí 18 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT     Tóm lại, trình phân hủy hiếu khí CTR bao gồm giai đoạn sau: Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài vài ngày Giai đoạn nhiệt độ cao: kéo dài từ vài ngày đến vài tháng Giai đoạn làm mát ổn đònh: kéo dài vài tháng 19 CÁC PHẢN ỨNG SINH HĨA VÀ VI SINH VẬT  Vi khuẩn Khi bắt đầu trình ủ phân rác, vi khuẩn chòu nhiệt trung bình chiếm ưu Khi nhiệt độ gia tăng 40oC, vi khuẩn hiếu nhiệt tiếp quản Trong giai đoạn này, khuẩn hình que chiếm ưu số lượng Khi trình ủ phân rác làm mát, vi khuẩn chòu nhiệt trung bình lại chiếm ưu 20 10 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Đánh luống ủ, kết hợp đảo trộn: Nguyên liệu rác hữu thu sau sàng thô nghiền phun thêm nguyên liệu ủ, khử mùi trước chuyển đến khu vực ủ phân Tại đây, nguyên liệu đánh thành luống nằm liền kề theo loại kích thước – 40mm 40 – 80mm ghi lại thời gian bắt đầu ủ thời gian đảo đống 91 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Kích thước đống ủ (chiều cao, chiều rộng đáy chiều dài) phụ thuộc vào số lượng nguyên liệu mặt cho phép, không lớn kích thước làm việc cho phép máy đảo đống Thời gian ủ phân khoảng 40 ngày, giai đoạn vi sinh vật hiếu khí hoạt động mạnh, chúng cần nhiều oxy cho trình phân hủy, đống nguyên liệu đảo trộn nhiều lần nhờ xe đảo đống 92 46 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Quá trình đảo đống đảo nguyên liệu từ ngược lại, làm nhỏ, tơi nguyên liệu, tăng khả tiếp xúc phân bổ vi sinh vật hiếu khí đống ủ Khi đảo đống, tuỳ theo độ ẩm nguyên liệu biểu đồ thời gian ủ để phối trộn thêm nước phụ gia Thời gian chu kỳ đảo đống phụ thuộc vào chất lượng, kích thước, nhiệt độ, độ ẩm, pH đống ủ nguyên liệu (khoảng – 3ngày) 93 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Trong trình ủ, nhiệt độ đống ủ tăng cao, hàng ngày phải theo dõi đặn để khống chế nhiệt độ, độ ẩm thích hợp cho trình ủ hiệu Nhiệt độ thích hợp tối đa khoảng 50650C Với nhiệt độ này, hầu hết vi sinh vật có hại vi khuẩn đường ruột, trứng giun sán nấm mốc bò tiêu diệt 94 47 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Khi kết thúc trình phân hủy, phân đưa qua khâu chế biến xe xúc manitou Phân compost sau kiểm tra đạt chất lượng, tùy theo yêu cầu phối trộn theo thành phần dinh dưỡng đa lượng vi lượng thông qua hệ thống cân đònh lượng tự động để tạo sản phẩm phân hữu vi sinh theo nhu cầu thò trường Sau chế biến, sản phẩm chuyển sang đóng bao đưa tiêu thụ với nhãn hiệu đăng ký 95 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Sàng tinh, phân loại phân hữu chính: Sau thời gian ủ, kiểm tra chất lượng phân hữu cơ, đạt độ chín mong muốn chuyển phân hữu sang công đoạn sàng tinh (mắc sàng 15 mm) phân loại Phân hữu chín xe xúc đưa khu vực chế biến phân để sàng Phân hữu lọt sàng chuyển đến thiết bò phân loại trọng lực để phân loại Các chất trơ không lọt sàng đưa khu tập trung xử lý đem chôn lấp 96 48 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Tách từ lần cuối: Sau sàng, phần phân hữu chất lượng cao tách ra, vào máy tách từ để loại bỏ kim loại nhỏ sót lại Nghiền: Phân hữu chín có độ hạt lớn đưa vào máy nghiền để có kích thước không lớn 2mm để tận thu phần mùn hữu dùng cho việc cải tạo đất trồng trọt Phân tích tỉ trọng: Phân hữu chín, đưa vào máy phân tích tỉ trọng để loại bỏ lần cuối tạp chất nhỏ (ni lông, thủy tinh, sỏi) lẫn sau sàng, phân loại phân hữu chất lượng cao phân hữu tận thu (mùn hữu cơ) 97 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Kiểm tra chất lượng phân hữu cơ: Các kiểm đònh nhà máy theo chu trình quy đònh lấy mẫu phân điển hình hàng để phân tích đánh giá chất lượng Các tiêu cần đánh giá: cấp độ chín, độ ẩm, giá trò pH, hàm lượng mùn, hàm lượng dinh dưỡng, tác động sinh trưởng lên trồng 98 49 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ  Phối trộn N, P, K chủng vi sinh vật: Phân hữu sau kiểm tra đạt chất lượng, tuỳ theo yêu cầu phối trộn thêm thành phần dinh dưỡng đa lượng vi lượng thông qua hệ thống cân đònh lượng tự động để tạo sản phẩm phân hữu vi sinh vật theo nhu cầu thò trường 99 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Đóng bao thành phẩm: Trước đưa lưu hành thò trường, sản phẩm đóng bao với nhãn hiệu đăng kí bảo hộ thương hiệu nhà máy Tất thành phần chất thải trơ thu gom từ công đoạn xử lý đưa khu tập trung Đối với chất thải tái sử dụng bán cho sở sản xuất để họ xử lý tái sử dụng, chất thải khác đem chôn lấp hợp vệ sinh 100 50 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ  Ưu điểm  Mức độ tự động hoá giới hoá tương đối cao  Chi phí đầu tư ban đầu hợp lý  Giảm nhiều công việc lao động thủ công cho công nhân môi trường độc hại  Rác trước đem ủ sàng phân loại, băm với kích thước vừa phải, đảo trộn nên phân hủy tốt đồng  Phân hữu có chất lượng cao loại hầu hết tạp chất  Khối lượng phế thải đem chôn lấp thấp 101 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ  Nhược điểm:  Chi phí đầu tư xây dựng nhà xưởng tương đối lớn  Chi phí vận hành, bảo dưỡng tương đối cao  Yêu cầu công nhân vận hành phải đào tạo kỹ thuật cẩn thận 102 51 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Công nghệ compost Steinmueller – Đức Là hệ thống xử lý chất thải rắn đô thò hoàn chỉnh với quy trình xử lý sinh học tự nhiên điều kiện cần thiết để biến đổi thành phần hữu từ rác thành phân vi sinh Công nghệ sản xuất compost Steinmueller dựa trình hiếu khí chất hữu tác dụng vi sinh vật Nguyên liệu đầu vào trình chế biến compost CTRĐT chưa phân loại 103 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ    Chất thải rắn đô thò sau thu gom đưa qua cân điện tử hệ thống băng tải chuyển đến khoang chứa rác đợi phân loại Tại sàng phân loại, thực tách loại CTR có kích thước lớn cành cây, vỏ xe, … sau CTRĐT chuyển qua trình xé bao để tạo điều kiện thuận lợi cho trình phân loại Tại nơi tiếp nhận chất thải khâu xé bao chế phẩm sinh học dùng để khử mùi hạn chế loại côn trùng ruồi, muỗi, kiến gián,… 104 52 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Với hệ thống băng chuyền thủ công máy lọc nam châm từ, CTR tái sử dụng tách riêng chuyển cho nhà máy tái chế, phần CTR hữu phân loại đưa qua máy cắt để giảm kích thước đến khoảng thích hợp cho trình ủ compost (5 cm) Phần chất thải lại không sử dụng chuyển đến bãi chôn lấp 105 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Sau qua máy nghiền trục vít, CTR hữu vận chuyển đến tháp phân hủy có kết hợp máy nghiền trục vít bên tháp trộn nguyên liệu thô, trình ủ bắt đầu thực Quá trình thực theo dạng liên tục Sự phân hủy chất hữu trình ủ compost tạo nước rỉ rác, phần nước rỉ rác thu gom qua rãnh thoát nước tái sử dụng làm phần nước bổ sung để trì độ ẩm tối ưu cho trình ủ compost 106 53 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Nhiệt độ luống ủ trì khoảng 400C đến 700C, để thúc đẩy nhanh trình phân hủy tiêu diệt mầm bệnh cách hiệu Trong trình ủ, lượng nước rỉ rác phát sinh có lượng khí thải, lượng khí mang theo nhiệt lượng lớn nên phần dẫn tháp để trì nhiệt độ ủ phần khí thu gom dẫn vào bể hấp thụ sinh học không phát sinh khí thải môi trường 107 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ  Sau phân hủy hiếu khí tháp kín 21 ngày, compost vận chuyển sang khu vực tháp phân hủy vòng 28 ngày để compost hoàn toàn ổn đònh, đảm bảo hoàn toàn mặt sinh học Trong trình không bổ sung nước không xáo trộn 108 54 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ  Sau ổn đònh hoàn toàn, compost từ luống ủ đưa đến máy sàng có kích thước lỗ 5mm, phần compost sàng phân loại thủ công để tách chất vô sót lại, phần chất hữu lại đưa khu vực ủ hiếu khí để thực ủ lại 109 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Compost qua sàng qua công đoạn nghiền tiếp tục sàng đạt kích thước khoảng 2mm theo tiêu chuẩn, compost thu dạng thô, phối trộn bổ sung thêm nguồn dinh dưỡng khác để đạt tiêu chuẩn phân hữu phù hợp với mục đích sử dụng Cuối cùng, compost đóng bao vận chuyển đến nhà lưu trữ trước đưa thò trường tiêu thụ 110 55 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Phương án kết hợp sử dụng tháp để thổi khí nên thu hồi phần nhiệt, trì nhiệt độ trình thổi khí Hơn lượng khí thải trình phân hủy thu hồi xử lý hệ thống hấp thụ sinh học Nước rỉ rác phát sinh thu gom, tuần hoàn nên chất thải phát sinh trình ủ compost giảm lưu lượng lẫn nồng độ chất ô nhiễm, tăng hiệu trình xử lý trước thải vào môi trường 111 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ  Mặt khác, thực thổi khí liên tục thiết bò kín nên bảo đảm cấp khí đầy đủ phân hủy nhanh phương pháp ủ khác diệt VSV gây bệnh Đồng thời toàn trình ủ compost không bò ảnh hưởng thời tiết trình ủ thực container kín 112 56 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN PHÂN HỮU CƠ   Nhược điểm phương án chi phí đầu tư cho thiết bò ban đầu lớn, chi phí lớn nhà máy compost chi phí vận hành hệ thống thổi khí tháp, nhiên công nghệ áp dụng kết hợp ủ thụ động 28 ngày cuối nên giảm đáng kể chi phí thổi khí Bên cạnh đó, đầu tư hệ thống phần mềm quản lý thụ động để tối ưu hóa cấp khí giảm đến mức thấp lượng khí cần cung cấp 113 CTRSH Trạm cân Sàng phân loại Tạp chất kích thước lớn Xé bao Phân loại Nylon, giấy, thủy tinh,… Tuyển từ Kim loại Nghiền (trục vít) sàng Cắt Thổi khí Nước Ủ thổi khí cưỡng Nước rỉ rác Ủ ổn đònh Sàng (