Thoạt đầu, sản xuất compost kỵ khí được xem là 1 giải pháp khả thi cĩ thể thay thế cho sản xuất compost hiếu khívà người ta đã đưa ra nhiều lập luận mạnh mẽ bênh vực cho nĩ .Một trong những lý lẽ đĩ là khả năng cĩ thể giảm thiểu sự thất thốt N , một lý lẽ khác là cĩ thể kiểm sốt khí thốt ra tốt hơn . Thực tế là những ưu điểm này chưa bao giờ cĩ vẻ sẽ trở thành hiện thực. Thậm chí khi những ưu điểm này ở thành sự thật đi nữa, chúng khơng đủ để bù cho những nhược điểm trong hoạt động của quá trình kỵ khí. Những nghi ngờ về sự hiệu quả của quá trình sản xuất compost kỵ khí ngày càng nhiều và vào khoảng những năm cuối của thập niên 1960, sản xuất compost kỵ khí được xem là một giải pháp khơng được chấp nhận. Gần đây, đã cĩ xu hướng xem sản xuất compost là một quá trình hồn tồn hiếu khí . Tuy nhiên hiện mọi người cũng đang bắt đầu thừa nhận trong quá trình sản xuất compost, một giai đoạn kỵ khí ngắn hạn là cần thiết để phân hủy halogenated hydrocarbons. Giai đoạn kỵ khí ngắn hạn ngồi tác dụng trên cịn cĩ thể kết hợp làm giảm N thất thốt xứng đáng được đặc biệt lưu tâm.
So sánh với phương pháp sản xuất compost kỵ khí, phương pháp sản xuất compost hiếu khí cĩ rất nhiều ưu điểm, trong đĩ cĩ:
Sự phân huỷ xảy ra nhanh hơn.
Nhiệt độ cao đủ để làm chết những mầm bệnh. Số lượng và nồng độ khí hơi thối giảm mạnh.
Mùi khĩ chịu là vấn đề khơng thể tránh trong xử lý và thải bỏ chất thải. Để cải thiện đáng kể nồng độ và sự tập trung mùi trong sản xuất compost hiếu khí cần cung cấp đủ nhu cầu Oxi cho quần thể vi khuẩn hoạt động bằng cách sử dụng quy trình thơng khí thích hợp. Khí sinh ra cĩ thể được kiểm sốt bằng cách thu khí từ khối ủ compost do quá trình phân hủy và xử lý chúng bằng hệ thống xử lý hố học hay sinh học, nhờ vậy mùi hơi khĩ chịu sẽ giảm.
a. Tốc độ thơng khí
Tốc độ thơng khí sao cho khối compost duy trì hiếu khí (nghĩa là đáp ứng nhu cầu oxy của vi khuẩn) phụ thuộc bản chất và cấu trúc của các thành phần cuả rác thải và tùy thuộc vào phương pháp thơng 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 nhu cầu Oxi của quần thể vi khuẩn thưa thớt và ít hoạt động hơn trong sản xuất compost nguyên vật liệu khĩ phân hủy.
Tính tốn chính xác tốc độ thơng khí thích hợp cho mỗi trường hợp là 1 việc khĩ khăn. Khĩ khăn nảy sinh từ vấn đề là cĩ rất ít số liệu thực sử dụng kỹ thuật và trang thiết bị phù hợp với thực tế . Trong tài liệu cĩ quá nhiều dữ liệu, điều đĩ 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 độ khác nhau vào trống quay, sau đĩ đo nồng độ Oxy trong dịng khí thốt ra. Mặc dầu những điều kiện thực nghiệm khơng tính tốn chính xác tổng nhu cầu Oxi cần thiết cho nguyên liệu, nhưng kết quả thực nghiệm xác định được tốc độ tiêu thụ O2 . Tỷ lệ hơ 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 cứu tập trung xác định mối quan hệ giữa sự tiêu thụ O2 với các yếu tố mơi trường chủ yếu. Một trong những phát hiện khơng mấy ngạc nhiên là tốc độ tiêu thụ O2 tăng lên tương 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 sát khác, tốc độ thơng O2 được chứng minh phụ thuộc vào cường độ hoạt động của vi khuẩn. Khi đĩ tốc độ thơng khí sẽ giảm khi độ ổn định cuả compost tăng lên, nghĩa là compost đã “trưởng thành”.
b. Dự đốn nhu cầu ơxy cần thiết
Nhu cầu Oxi cần thiết khơng thể dự đốn 1 cách chính xác nếu chỉ dựa trên số lượng Cacbon bị Oxi hố. Lý do là vì 1 phần Cacbon bị chuyển hĩa thành tế bào chất, cịn 1 số khác cĩ cấu tạo bền đến mức vi khuẩn khơng 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-air windrow system), người ta cĩ thể giả định tốc độ khí nạp vào là 530 đến 620 m3/Mg rác thải. Tốc độ thơng khí trong thiết kế cuối cùng nên lấy cơ sở từ lượng Oxi tiêu thụ, và được tính tốn 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 system), thơng số cần xác định là tần số đảo trộn. Biểu đồ nồng độ O2 biểu diễn theo độ sâu của luống được đảo trộn cĩ thể lấy từ hình
Hình 3.5: Lượng oxy cung cấp
Trong thực nghiệm và trong vấn đề thiết kế trình bày sau này, cần luơn luơn ghi nhớ mùi khĩ chịu tỏa ra từ khối compost khơng nhất thiết là kết quả tất yếu cuả quá trình phân huỷ kỵ khí. Trên thực tế, những sản phẩm phân huỷ trung gian và bản thân các cơ chất cũng cĩ thể cĩ mùi khĩ chịu. Ngồi ra, cho dù cĩ thể loại bỏ hồn tồn mùi hơi, khối compost lớn hơn 1m3 cĩ thể khơng khả thi về kỹ thuật và kinh tế.
3.4.4 Các thơng 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 phải xác định và đánh giá các thơng số vận hành thích hợp, và các mối quan hệ cuả chúng lên quá trình sản xuất Compost Dựa trên những kiến thức chuyên mơn sâu sắc về trình tự của các tình huống diễn ra trong suốt quá trình sản xuất compost trong điều kiện tất cả các điều kiện đều được thỏa mãn, các thơng tin về thơng số vận hành và mối quan hệ của chúng cĩ thể được xác định và được thơng hiểu tường tận. Trong quá trình sản xuất compost, cĩ một số điểm bộc lộ vai trị này và chúng được xem là đại lượng giúp giám sát hoạt động của hệ thống sản xuất compost. 3
điểm đáng chú ý đĩ là: 1) Sự thay đổi nhiệt độ( tăng hay giảm). 2) Sự biến đổi các tính 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 thơng số phụ thuộc vào thời gian được trình bày ở biểu đồ hình 1.4. Được thể hiện bằng đường cong trên biểu đồ, nhiệt độ của nguyên liệu đưa vào sản xuất compost, sau 1 thời gian rất ngắn, bắt đầu tăng lên 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) của quần thể vi khuẩn. Dưới những điều kiện thuận lợi, giai đoạn này sẽ được kế tiếp bởi 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 hủy trong 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 đĩ tiếp tục được duy trì (tương đối bình ổn) qua 1 thời gian , độ dài của giai đoạn phụ thuộc vào loại hệ thống sản xuất compost sử dụng và bản chất của chất thải. Sau đĩ, nhiệt độ giảm dần xuống cho đến khi bằng mơi trường xung quanh.
Hình 3.6: Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian ủ
Giai đoạn nhiệt độ cao bình ổn cĩ thể bị kéo dài nếu cơ chất phần lớn khĩ phân hủy hoặc các điều kiện vận hành khơng đạt mức tối ưu. Nên lưu ý rằng sự gia
tăng nhiệt độ cao và mạnh mẽ sẽ giảm nhiều nếu rác thải cĩ chứa nhiều chất trơ. Cĩ thể xác định nhiều chất trơ trong chất thải dựa trên thơng số chất rắn dễ bay hơi thấp ( ví dụ như bùn đơ thị loại 3). Ơ những trường hợp đĩ, nhiệt độ cĩ thể sẽ thấp hơn, nghĩa là nằm trong khoảng 50oC đến 60oC. Nếu xuất hiện những điều kiện vận hành khơng thuận lợi, giai đoạn nhiệt độ cao sẽ kéo dài ra và mức nhiệt độ cao sẽ hạ thấp xuống .
Sau khi những thành phần dễ phân hủy đã được phân rã, và trong cơ chất chỉ cịn những thành phần bền vững hơn, hoạt động của vi khuẩn cũng giảm đi và nhiệt độ bắt đầu giảm xuống. Theo đĩ, trong những quá trình sản xuất compost thơng thường, cĩ thể nĩi rằng tại thời điểm nhiệt độ giảm xuống bằng hay gần bằng nhiệt độ khơng khí, các thành phần chưa ổn định về mặt sinh học bắt đầu quá trình ổn định, nhờ vậy, nguyên liệu được hoai mục thành compost đủ phẩm chất, cho phép lưu trữ hoặc sử dụng.
Mặc dù nhiệt phát sinh trong quá trình sản xuất compost là kết quả của quá trình biến dưỡng của vi khuẩn, năng lượng nhiệt được giữ lại trong khối compost phụ thuộc vào liên hệ của khối compost với mơi trường xung quanh. Nĩi tĩm lại, nhiệt độ tăng lên giúp xác định lượng nhiềt phát sinh trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn và nang lượng nhiệt được giữ lại trong khối ủ.
Như vậy cĩ hai nhân tố làm nhiệt độ tăng lên - đĩ là lượng nhiệt do hoạt động của quần thể vi khuẩn tạo ra và hiệu quả giữ nhiệt trong khối compost bằng bất cứ 1 vật liệu che phủ nào hoăc bằng 1 thùng chứa đựng kín khối compost. Hiệu quả cách nhiệt một phần phụ thuộc vào kích thước khối compost. Ở những khu vực cĩ nhiệt độ khơng khí bên ngồi cao hơn từ 8 đến 10oC, thể tích tối thiểu cho phép giữ nhiệt là 1m3.
Giai đoạn “trưởng thành” (maturation), mặc dù khơng cĩ các yếu tố xác định ranh giới (nghĩa là vẫn duy trì những điều kiện tối ưu), được nhận biết nhờ sự bất đầu giảm nhiệt độ liên tục, và đồng thời nhờ 1 số chỉ thị khác về hoạt động của vi khuẩnNĩi tĩm lại, nhiệt độ giảm xảy ra đồng thời với giai đoạn hồn thành sản phẩm compost và kết quả là làm tăng độ ổn định của sản phẩm. Những kinh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nghiệm đã qua cho thấy rằng sản phẩm compost cĩ thể sử dụng an tồn hoặc cĩ thể lưu trữ được sau khi nhiệt độ cuối cùng giảm đến mức 40oC
a. Sự thay đổi những tính chất vật lý .
Hình thức bề ngồi
Khối compost dần dần sậm lại, chứng tỏ quá trình compost diễn ra đúng hướng và thỏa đáng. Sản phẩm compost cuối cùng luơn luơn cĩ màu xám sẫm hoặc màu hơi nâu nâu.
Mùi
Chỉ vài ngày sau khi bắt đầu quá trình sản xuất compost một loạt các mùi khác nhau xuất hiện thay thế cho mùi vốn cĩ ban đầu của cơ chất Nếu như cơ chất là MSW thì mùi ban đầu là mùi rác tươi (thơ). Sau đĩ, nếu quá trình tiến triển theo hướng tốt thì các mùi tiếp theo cĩ thể được mơ tả chung chung là gây buồn nơn “faint cooking “; tuy nhiên nếu điều kiện khơng thuận lợi(ví dụ như tình trạng kỵ khí diển ra )thì mùi đặc trưng sẽ là mùi thối rửa. Nếu tỉ lệ C:N trong cơ chất thấp hơn 20:1 và pH khoảng 7,5 thì mùi chủ yếu là amoniac.Giai đoạn “trưởng thành” cuối cùng được tiêu biểu bằng mùi thơm của đất.
Kích cỡ hạt.
Các hạt cơ chất cĩ khuynh hướng ngày càng nhỏ vì sự phân rã và sự cọ sát diễn ra giữa các hạt , Ngồi ra, sự phân hủy làm cho các thớ sợi trở nên dịn, dễ gãy và làm cho vật chất khơng cĩ hình dạng nhất định trở thành cĩ 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 thơng số vận hành chủ yếu.Thay đổi những thơng số này sẽ khiến phân hủy chất dể bay hơi, biến đổi cấu trúc phân tử và gia tăng độ ổn định. Một trong nhưng nguyên nhân quan trọng gây ra sự thay đổi này là sự phân hủy những cơ chất rắn dể bay hơi ( nghĩa là chất hữu cơ), oxy hĩa sinh học chúng, tạo ra sản phẩm là CO2. Bởi vì quá trình sản xuất compost là một quá trình phân hủy sinh học cĩ kiểm sốt, trong quá trình đĩ những chất 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 1 phần hay hồn tồn bền vững cĩ khuynh hướng khơng thay đổi. Sự phân hủy
chất rắn dể bay hơi và sự chuyển hĩa cấu trúc phân tử phức tạp đến dạng đơn giản hơn làm cho độ ổn định của chất hữu cơ làm cơ chất tăng lên.
3.4.4.2. Sử dụng đại lượng:
Vai trị của các thơng số vận hành để phân tích và điều chỉnh những sai sĩt của quá trình sản xuất compost bổ sung cho chức năng dùng để giám sát quá trình của chúng. Những ví dụ minh họa vai trị kép này được trình bày:
Ví dụ đầu tiên là về thơng số nhiệt độ: Nếu nhiệt độ của khối compost khơng tăng, hoặc tăng chậm rất chậm, mặc dù chất thải đã được đánh luống hay đã được đưa vào bể phản ứng xong, cĩ thể nhận định sau đây đúng: một số điều kiện trong quá trình sản xuất compost chưa hợp lý hoặc đã gây ức chế. Trong trường hợp đĩ, vấn đề cĩ khả năng xảy ra cao nhất là độ ẩm cao quá mức hoặc thấp quá mức. Mùi hơi ngày càng nhiều là dấu hiệu của độ ẩm quá mức. Ngược lại, khơng cĩ bất cứ mùi nào sẽ biểu thị cho độ ẩm quá thấp. 1 nguyên nhân khác khơng liên quan đến hơi ẩm là tỷ lệ C:N cao hơn mức giới hạn. Rất khĩ để phân tích vấn đề này vì trong thực tế, khi tỷ lệ C:N cao, thỉnh thoảng vẫn cĩ 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 cĩ thể điều chỉnh bằng cách thêm vật liệu nặng (cĩ nhiều chất xơ). Một giải pháp khác là tăng cường làm thống khí. Làm thống khơng chỉ cung cấp oxi cần thiết, mà cịn làm hơi ẩm bay hơi. Thêm nước là biện pháp đương nhiên để điểu chỉnh độ ẩm quá thấp. Tỷ lệ C:N cao cĩ thể hạ thấp bằng cách thêm vào cơ chất với chất thải cĩ hàm lượng Nitơ cao (bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải; phân gia cầm, heo hay cừu). Nước vơi trong cĩ thể dùng để tăng độ pH. Tuy nhiên, dùng nước vơi trong sẽ dẫn tới một số khĩ khăn đã được trình bày trong phần nĩi về pH.
Một sự thay đổi đột ngột trong thơng số vận hành là dấu hiệu của quá trình phát triển compost khơng bình thường. Vì vậy, 1 sự gián đoạn bất ngờ khi nhiệt độ đang 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 thống trong hệ thống sản xuất compost cĩ gì đĩ trục trặc. Cho dù làm thống khơng thích hợp hoặc
độ ẩm khơng đủ, vấn đề nào cũng đột ngột làm chậm lại sự gia tăng nhiệt độ hoặc thu ngắn giai đoạn nhiệt độ duy trì cao.
Mùi hơi là dấu hiệu của sự thiếu hụt oxi, thường là vì cơ chất cĩ độ ẩm quá cao. Nếu độ ẩm khơng phải là nguyên nhân, hệ thống hoặc quá trình làm thống khơng đầy đủ cĩ thể là nguyên nhân kế tiếp. Lý do là mùi hơi thường cĩ liên quan với VSV kỵ khí, mặc dù hơi thơ thiển, nhưng lúc này khứu giác giống như là 1 thiết bị quan trắc. Cĩ thể sử dụng 1 máy đo Oxy; tuy nhiên, mặc dù hiệu quả hơn, đáng tin cậy hơn, nĩ rất đắt tiền. Với 1 hệ thống tự động, lượng oxi trong khơng khí “cấp vào” hiển nhiên sẽ lớn hơn trong dịng khơng khí thốt ra.