Như các bạn nghi ngờ, tên gọi “hệ thống sản xuất compost dạng “windrow”” đã nĩi lên việc sử dụng các luống (“windrows”) để sản xuất compost, đây chính là nét đăc trưng tiêu biểu của những hệ thống mang tên này. Hệ thống sản xuất compost dạng “windrow” cĩ thể được cơ giới hố cao và thậm chí phần nào đĩ như 1 quy trình tự động. Hiện nay, trong thực tế, cĩ hai kiểu hệ thống sản xuất compost dạng “windrow” được sử dụng, đĩ là: hệ thống tĩnh (“static” hay “stationary”) và hệ thống cĩ đảo trộn (“turned”). Như phần trước cĩ trình bày, cách làm thống khí (aeration) chính là điểm khác nhau cơ bản giữa kiểu tĩnh và kiểu cĩ đảo trộn. Trong đĩ, đối với kiểu tĩnh, cách làm thống khí khơng cần xáo trộn luống compost, ngược lại, đối với kiểu cĩ đảo trộn, cách làm thống khí là giật luống đổ mạnh xuống sau đĩ dồn đống trở lại.
Một quá trình sản xuất compost dạng “windrow” gồm các bước cơ bản sau:
•Trộn lẫn vật liệu cĩ hàm lượng chất xơ cao kích thích hoạt động phân hủy (“bulking agent”) vào chất thải rắn nếu cần thiết (ví dụ như đối với bùn trong quá trình xử lý nước thải hay “biosolids”)
•Đánh luống và bố trí phương pháp làm thống khí
•Tiến hành quá trình ủ compost.
•Sàn lọc hỗn hợp sản phẩm compost để loại bỏ những vật liệu cĩ hàm lượng chất xơ cao cĩ thể tái sử dụng và hoặc để tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn kỹthuật.
•Xử lý sản phẩm compost (“curing” – quá trình cho phép 1 phần sản phẩm compost tập trung lại thành đống trong 1 khoảng thời gian nhất định, đây là 1 phần của quá trình làm cho sản phẩm compost hồn tồn ổn định (“mature”) trong tồn bộ quá trình sản xuất compost).
3.6.1.1 Sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh (“Static windrow”)
Cĩ 2 kiểu đống ủ compost tĩnh, đĩ là: cấp khí thụ động (“passive”) và cấp khí cưỡng bức (“forced-air”) . Mặc dù 2 kiểu hệ thống cĩ phân biệt, nhưng thuật ngữ “sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh” (“static pile”) và “sản xuất compost làm thống khí cưỡng bức” (“forced-air aeration) thường đươc thay phiên sử dụng trong tập tài liệu này.
a. Sản xuất compost làm thống khí thu động
Để đảm bảo ý nghĩa đã được thừa nhận của từ “thụ động”, người ta khơng xáo trộn luống ủ compost mà phương pháp làm thống khí là để tự nhiên. Phương pháp hay cách thức này khơng cĩ sự can thiệp của máy mĩc (ví dụ như: quạt hay thiết bị đảo trộn). Do đo nĩ cĩ vẻ là phương pháp làm thống khí rất phù hợp với những nước đang phát triển.
Trong sản xuất compost làm thống khí thụ động, mặc dù một lượng oxy cĩ thể xâm nhập vào lớp ngồi cùng của luống ủ bằng cách khuếch tán, lực chuyển động cơ bản để đưa khơng khí bên ngồi xâm nhập vào trong luống ủ compost và thay thế CO2 là sự đối lưu. Về mặt lý thuyết, khí đi vào luống ủ khơng cần cĩ sự can thiệp của máy mĩc. Sự đối lưu xuất hiện do chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong luống ủ compost và lớp khơng khí bên ngồi, do chênh lệch nồng độ oxy và do dịng khơng khí thổi ngang qua luống ủ.
Trong một vài trường hợp, để đầy mạnh sự đối lưu và sự di chuyển của khơng khí, người ta thiết kế thêm bộ phận cho hệ thống. Những bộ phận này thường được thiết kế theo hình dáng các ống thơng khí và lỗ thơng hơi , chen vào trong các đống ủ compost. Lấy ví dụ, ở Trung Quốc, người ta đã sử dụng một hệ thống sản xuất compost cĩ phương pháp làm thống khí thụ động. Chất hữu cơ được xử lý trong hệ thống (trong trường hợp được quan sát, là chất hữu cơ trong rác thải và phân bắc) ở dạng hỗn hợp. Hỗn hợp này được dồn thành đống cĩ chiều cao khoảng chừng 15-20cm. Sau đĩ, 4 cây gỗ cĩ đường kính khoảng từ 6-8cm được đặt nằm ngang trên hỗn hợp theo hình “#”. Khoảng cách giữa những cây gỗ khoảng 1m. Tại những điểm chúng giao nhau, dựng lên 4 cây gỗ đứng thẳng (hoặc những cái cọc trúc). Sau đĩ, chất rác thải lên cho đến khi luống đạt độ cao khoảng
chừng 1m. Tiếp theo tồn bộ luống được phủ bùn . Ngay khi bùn khơ, người ta lấy những cây gỗ ra khỏi luống. Theo lời của người đại diện của chính quyền thành phố đến thăm (thành phố Tianjin), quá trình ủ compost mất khoảng 3 tuần trong mùa hè và khoảng 4 tuần trong mùa đơng sẽ hồn thành .Những người thiết kế hệ thống đã cho rằng hệ thống này cĩ nhiều ưu điểm, bao gồm; 1) Đạt được nhiệt độ cao trong đống ủ compost. 2) Đạt được sự phân phối nhiệt độ khá đồng đều. 3) Sự phát thải mùi ít nhất.
Đáng tiếc, hiệu quả của những thiết kế như vậy và sự đối lưu trong hệ thống để đảm bảo duy trì điều kiện hiếu khí trong tồn bộ khối ủ compost chưa tốt. Vấn đề là sự di chuyển khí ở cạnh bên khơng đủ.
Hình 3.8: Ví dụ của phương pháp làm thống khí tự động được sử dụng ở Trung Quốc
Tên gọi “làm thống khí cưỡng bức” đã thể hiện phương pháp làm thống khí trong hệ thống là dùng thiết bị thổi khơng khí từ dưới lên trên (áp lực dương) hoặc dùng thiết bị hút khơng khí từ trên xuống (áp lực âm) đi xuyên qua đống ủ compost khơng xáo trộn. Từ những năm 1950, hệ thống với phương pháp làm thống khí cưỡng bức đã được giới thiệu và nghiên cứu . Tuy nhiên, cho đến những năm 1970, nĩ mới được chú ý đến . Mặc dù thực tế đã chứng minh hiệu quả của nĩ trong sản xuất compost từ phân bĩn, nhưng mọi người đã chuyển hướng chú ý sang ứng dụng khác vì cơ bản hệ thống cĩ khả năng thích nghi nhanh chĩng với xử lý bùn thải.
Điểm hấp dẫn của phương thức hút khí cưỡng bức từ trên xuống (áp lực âm) là khả năng dẫn khí thốt ra đi qua thiết bị xử lý mùi. Thiết bị đĩ cĩ thể là lọc sinh học với vật liệu lọc là khối vật liệu hữu cơ ổn định. Xử lý mùi trong sản xuất compost ở các nước đang phát triển bằng lọc sinh học là cách giải quyết rất thích hợp . Các thiết bị xử lý mùi khác cĩ thể kết hợp sử dụng cơng nghệ xử lý khí thốt ra từ quá trình đốt cháy cải tiến.
Trong đống ủ compost tĩnh, nếu độ ẩm khơng cao quá mức, điều kiện hiếu khí cĩ thể được duy trì ở mức hợp lý khơng kể những gián đoạn ngắn định kì do quá trình làm thống (độ ẩm an tồn là trong phạm vi 40-55%). Bởi vì tốc độ cần thổi/hút khí phụ thuộc vào một số nhân tố thay đổi nên muốn xác định tốc độ thực sự cần thổi/hút khí trong trường hợp cụ thể nên tiến hành thí nghiệm.
Ví dụ sau cho ta những chỉ số thực nghiệm về tốc độ khí cĩ thể gặp phải. Ví dụ cho giả thiết là cĩ một luống ủ compost cao 17m, chứa khoảng 73 tấn chất thải rắn dạng bùn thải. Đối với loại hệ thống này hệ thống thổi khơng khí vào đống ủ compost cĩ trình tự thời gian biểu là 16m3/h trong 5-10 phút với thời gian giãn cách là 15 phút. Giả thiết về nhu cầu khí, trong trường hợp này, là khoảng 4L/s/tấn khối lượng bùn thải khơ.
c. Thiết kế và xây dựng :
Một hệ thống sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh được bố trí cơ bản như trong hình 9-6. Quá trình xây dựng hệ thống thơng thường như sau: đặt 1 vịng ống đục lỗ đường kính 10-15cm trên vị trí đặt đống ủ compost.
Vịng ống đục lỗ được đặt dọc theo luống và ở ngay chính giữa sao cho nĩ sẽ ở dưới phần cao nhất của đống ủ compost.
Để tránh khơng khí bị tắc nghẽn, phải điều chỉnh chiều dài ống vừa đủ để ống chấm dứt cách lề luống ủ compost khoảng 2-3m. Nối vịng ống đục lỗ với quạt giĩ bằng ống khơng đục lỗ. Phủ lên trên vịng ống vừa lắp đặt một lớp vật liệu cĩ hàm lượng chất xơ cao (“bulking material”) hay sản phẩm compost đã hồn thành.
Lớp “nền” này nên trải hết diện tích cĩ luống ủ compost. Nĩ làm cho sự chuyển động của khí được dễ dàng và khí sẽ cĩ thể được phân phối đều trong suốt quá trình diễn ra hoạt động ủ compost.
Sau đĩ, chất thải dự định sản xuất compost được đánh luống lên trên lớp “nền”, hồn tất luống ủ compost. Tồn bộ luống ủ sau cùng nên cĩ hình dạng như thể hiện trong hình 2.9. Kích thước đề nghị của một luống ủ compost như sau: chiều dài, khơng cĩ giới hạn; chiều rộng (tại nền) khoảng 4,6m; và chiều cao, khoảng 2,3m. Thơng thường, phía trên luống ủ compost phủ 1 lớp sản phẩm compost đã hồn thành khoảng 0,3-0,4m.
Lớp phủ này giúp cho luống ủ được cách ly, đảm bảo nhiệt độ bên trong tồn bộ đống ủ đạt được mức nhiệt độ đủ cao tiêu diệt các mầm bệnh , nhờ vậy gần như tiêu diệt hồn tồn tất cả các loại mầm bệnh.
“Sản xuất compost dạng luống làm thống khí kéo dài” (“extended aerated pile”) là tên gọi 1 hệ thống sản xuất compost liên tục (“continuous culture”) kiểu thống khí cưỡng bức . Nĩ là phương pháp cĩ lợi vì xử lý được một số lượng lớn vật liệu. Khi tiến hành hệ thống kiểu này, ngày-1 là đánh luống ủ compost giống như cách thức đã trình bày ở đoạn trên.
Tuy nhiên, chỉ phủ vật liệu cách ly nửa bên luống và hai đầu luống phần nửa bên cịn lại để phơi ra ngồi. Để giảm thiểu sự phát thai mùi, phần phơi ra ngồi được phủ nhẹ bằng một lớp sản phẩm compost mỏng. Mỗi ngày tiếp theo sau đĩ, thêm vịng ống đục lỗ và luống compost mới cùng với lớp phủ thích hợp vào sát cạnh bên luống ủ của ngày trước đĩ.
Phần bổ sung mỗi ngày được xây dựng theo quy trình giống như với luống ủ compost ngày-1. Quy trình này được lặp lại trong suốt những ngày tiếp theo. Sau 21 ngày, kết quả cĩ được là một luống ủ compost được làm dài ra. Tiếp theo đĩ, người ta thu dọn đống ủ compost của ngày-1 (đống ủ compost-1) và thay vào đĩ bằng một vật liệu mới (vật liệu tươi/thơ). Sự trao đổi này cứ thế tiếp tục vào mỗi ngày tiếp theo.
Nĩi tĩm lại, sản phẩm compost đã hồn thành (được gọi là sản phẩm compost) được lấy đi sau 21 ngày kể từ khi xây dựng đống ủ compost-1. (Nếu sản phẩm thu được vẫn chưa đủ độ ổn định để gọi là compost thì ngày thu dọn sản phẩm compost sẽ dời lại cho đến khi chắc chắn là nĩ đã hồn tồn ổn định).
Nếu trong ngày thứ 21, sản phẩm compost thu được từ đống ủ ngày-1 đã ổn định hồn tồn, thì ngày thứ 22, đống ủ compost-2 cũng được lấy đi và được thay thế bằng vật liệu mới. Sự trao đổi tương tự diễn ra vào ngày thứ 23.
Và cứ mỗi ngày, sự trao đổi cứ thế tiến hành cho đến khi tất cả các đống được xây dựng lại. Sau đĩ, bề ngồi của luống ủ compost cho thấy nĩ là 1 luống ủ dài, mà từ đầu bên này, sản phẩm compost hồn thành cứ được lấy đi rồi thay vào đĩ vật liệu tươi (mới) dần dần cho đến đầu bên kia. Hiệu quả của hệ thống chính là đã đạt tới và giữ được sự liên tục; và thời gian lưu của vật liệu là 21 ngày.
Ưu điểm quan trọng của phương pháp kéo dài vừa nêu là giảm được đáng kể nhu cầu về khơng gian xử lý. Đối với bùn thải, diện tích đất cần cho hệ thống sản
xuất compost 1 luống, cĩ kèm diện tích thu gom, lưu trữ và quản lý nước mưa, là khoảng 1 ha cĩ thể xử lý 7-10 tấn bùn thải (tính theo trọng lượng khơ).
d. Đánh giá phương pháp sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh:
Vì vốn phần lớn đầu tư cho địa điểm xử lý, nên phương pháp sản xuất compost này khĩ cĩ thể cĩ chi phí đầu tư thích hợp. Mặc dù nếu đầu tư và yêu cầu trang thiết bị vừa phải cĩ thể làm cho nĩ giảm bớt chi phí , nhưng vấn đề là phương pháp này chỉ xử lý tốt cho những chất thải cĩ cấu tạo dạng hạt, kích thước hạt khơng quá 3-4cm và tương đối đồng đều.
Nếu trong cơ chất cĩ quá nhiều dạng hạt cĩ kích thước to quá mức sẽ xuất hiện và phát triển những túi kỵ khí. Khuynh hướng này là hậu quả của khơng khí đi qua luống ủ compost (luồng khí thổi) khơng được phân phối đồng đều và di chuyển khơng đều.
3.6.1.2 Sản xuất compost dạng luống kiểu cĩ đảo trộn (“turned windrow”)
Hiện nay, mọi ý kiến đều nhất trí là phương pháp sản xuất compost dạng luống kiểu cĩ đảo trộn xuất hiện sớm hơn kiểu (tĩnh) làm thống khí cưỡng bức. Như phần trước đã nêu, điểm riêng biệt của dạng luống kiểu cĩ đảo trộn là làm thống khí bằng cách đảo trộn vật liệu trong luống theo chu kỳ, nghĩa là, giật luống đổ mạnh xuống sau đĩ dồn đống trở lại.
Mặc dù lý do cơ bản của quá trình đảo trộn là làm thống khí, nhưng nĩ đồng thời cịn cĩ vai trị cĩ ích khác. Thực vậy, nhờ đảo trộn, tất cả các phần của đống ủ compost theo định kỳ được tiếp xúc trực tiếp với phần bên trong của luống, đây chính là nơi diễn ra các hoạt động hết sức tích cực của vi khuẩn. Đảo trộn cịn làm giảm kích thước hạt xuống nhỏ hơn. Đảo trộn làm đống ủ compost nhanh chĩng bị mất nước. Việc này sẽ là ưu điểm nếu độ ẩm thừa, trái lại, nĩ sẽ là nhược điểm khi độ ẩm quá thấp.
a. Xây dựng luống ủ compost
Thơng thường, mặt cắt 1 luống ủ compost cơ bản cĩ hình nĩn. Tuy nhiên, một số điều kiện nhất định cĩ thể làm thay đổi hình dạng này. Nếu cĩ thay đổi, tốt nhất nên chọn hình dạng nào thích hợp nhất trong hồn cảnh cụ thể đĩ.
Vào mùa khơ, giĩ lớn, tốt nhất nên thiết kế luống ủ compost cĩ hình dạng giống như ổ bánh mì, với mặt trên phẳng, vì tỷ lệ “diện tích bề mặt tiếp xúc : thể tích” sẽ thấp hơn các dạng thiết kế khác.
Tuy nhiên, vào mùa cĩ mưa hay cĩ tuyết, mặt trên bằng phẳng sẽ trở thành nhược điểm. Nếu đảo trộn bằng máy, thì hình dạng và kích thước của luống ủ compost phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị đảo trộn.
Để tránh bị nén chặt, chiều cao của luống ủ compost khơng nên vượt quá 2,3m.
b. Yêu cầu khơng gian cho việc đảo trộn
Tồn bộ khoảng khơng gian cần để tiến hành quá trình đảo trộn cĩ thể rất lớn. Nếu đảo trộn thủ cơng, diên tích yêu cầu khá lớn. Ngược lại, cĩ 1 số loại thiết bị đảo trộn, diện tích yêu cầu rất nhỏ.
Theo cách đảo trộn trong sơ đồ hình 2.10, diện tích yêu cầu để đảo trộn thủ cơng 1 luống ủ compost là 2-2,5 lần diện tích nguyên của luống ủ ban đầu. Đảo trộn thủ cơng trong ngày thứ hai đưa đống ủ trở lại vị trí ban đầu. Diện tích cần cho đảo trộn tiếp tục giữ nguyên như thế mỗi ngày cho đến khi vật liệu được phân hủy ổn định hồn tồn.
Hình 3.10: Quy trình đảo trộn những luống ủ compost bằng phương pháp thủ cơng
Nếu đảo trộn bằng máy, yêu cầu khơng gian đảo trộn tùy thuộc vào loại thiết bị sử dụng. Như vậy, sẽ cĩ những loại thiết bị mà khơng gian đảo trộn cần thiết rất nhỏ. Những thiết bị loại này thường được thiết kế với thân máy nằm bên trên luống ủ. Khi thiết bị chuyển động lên phía trước nĩ giật luống ủ ở phía dưới đổ xuống và
sau đĩ dồn lại thành luống mới. Nhờ vậy, khơng gian đảo trộn địi hỏi chỉ lớn hơn khơng gian đang sử dụng của luống compost 1 chút. Khoảng khơng gian thêm vào đĩ là để đặt thiết bị.
Nếu khơng sử dụng thiết bị treo lơ lửng như trên mơ tả thì khơng gian đảo trộn bằng máy cĩ thể gần bằng với khơng gian cần trong đảo trộn thủ cơng. Nguyên nhân là do luống ủ mới tạo thành sau khi đảo trộn cần diện tích sát bên vi trí luống ủ vừa được giật xuống .
c. Xây dựng lại luống ủ compost
Hình thành luống ủ compost mới trong quá trình đảo trộn dĩ nhiên là cần