Các Giai Đoạn Trong Quá Trình Chế Biến Compost
Giới Thiệu Chung
Chế biến rác thải thành phân hữu cơ là một cơng nghệ mang tính truyền thống. Trước đây ở các nước trên thế giới compost thường được ủ với quy mơ nhỏ trong từng hộ gia đình từ nguồn rác sinh hoạt hàng ngày và rác từ việc làm vườn sinh ra. Ngày nay, nhờ cải tiến kỹ thuật cũng như cơng nghệ, phương pháp này được áp dụng để xử lý rác sinh hoạt cĩ chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (85÷90% tổng khối lượng chất thải).
Đối với chất thải rắn tại Thành phố Đà Nẵng, quá trình làm compost sẽ được áp dụng cho rác thực phẩm đã được phân loại tại nguồn (từ các hộ gia đình, từ chợ). Sau khi thu gom sẽ được vận chuyển về điểm hẹn và sau đĩ vận chuyển đến sàn tập trung trong nhà máy chế biến compost. Nhà máy sản xuất phân compost sẽ được xây dựng trong khu liên hợp xử lý chất thải rắn của Thành phố.
Xử lý chất thải rắn thải hữu cơ là quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong chất thải rắn cĩ sự tham gia của vi sinh vật trong điều kiện mơi trường thích hợp (nhiệt độ, độ ẩm, khơng khí, …) để tạo thành phân hữu cơ và các thành phần khác. Sau đây là 2 cơng nghệ hiện nay được áp dụng rộng rãi để xử lý chất thải rắn hữu cơ.
Ủ hiếu khí (Sản xuất compost)
Cơng nghệ ủ hiếu khí dựa vào sự hoạt động của các vi khuẩn hiếu khí trong điều kiện được cung cấp đầy đủ oxy. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình này thường cĩ sẵn trong thành phần rác thơ, chúng thực hiện quá trình oxy hĩa các chất hữu cơ trong rác thành CO2, nước, nhiệt và compost, sản phẩm cuối cùng cĩ thể sử dụng làm phân bĩn cho nơng nghiệp và cải tạo đất.
Ủ yếm khí (Sản xuất biogas)
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong chất thải rắn diễn ra nhờ sự hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí (mơi trường phân hủy khơng cĩ oxy). Sản phẩm của quá trình là khí metan, cĩ thể được dùng làm nguồn năng lượng khi được thu hồi; CO2; H2S; một số sản phẩm trung gian như: acid hữu cơ, alcohol và mùn, … So với ủ hiếu khí thì cơng nghệ này cĩ một số mặt hạn chế như: thời gian ủ lâu kéo dài 4
÷12 tháng, các vi khuẩn gây bệnh luơn tồn tại cùng quá trình phân hủy do nhiệt độ phân hủy thấp, các khí sinh ra cĩ mùi hơi khĩ chịu.
Từ hai phương pháp trên, nhìn chung quy trình chế biến compost là quy trình đơn giản cĩ mức vốn đầu tư vừa phải và sản phẩm tạo ra dùng làm phân bĩn vì thế cĩ thể thu hồi một phần vốn cho quá trình sản xuất. Ngồi ra, quá trình phân hủy hiếu khí được xem xét như là quá trình xử lý ít ảnh hưởng đến mơi trường hơn so với hình thức phân hủy kỵ khí. Ngược với quy trình ủ hiếu khí thì phân hủy kỵ khí là quy trình phức tạp địi hỏi những kỹ thuật đặc biệt và vốn đầu tư cao, nếu muốn tận dụng được khí metan làm nhiên liệu phải đầu tư thêm hệ thống thu khí và máy phát rất tốn kém, các sản phẩm sinh ra nếu khơng được kiểm sốt tốt cĩ thể ảnh hưởng xấu tới mơi trường.
Cả hai phương pháp chế biến compost và phân hủy kỵ khí tạo biogas đều cĩ ưu và nhược điểm riêng, sản phẩm sinh ra hồn tồn phục vụ cho các mục đích khác nhau nên theo mục đích tái sử dụng tối đa chất thải rắn nhưng ít gây ảnh hưởng tới mơi trường nên trong phần này phương pháp được lựa chọn là phương pháp ủ hiếu khí.
Các Phương Pháp Sản Xuất Compost
Các phương pháp ủ compost hiện nay cĩ thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau như sau:
Phương pháp ủ compost theo luống dài với thổi khí thụ động cĩ xáo trộn (Turned, passively aerated windrows)
Trong phương pháp ủ compost theo luống dài với thổi khí thụ động cĩ xáo trộn, vật liệu ủ được sắp xếp theo các luống dài và hẹp. Khơng khí (oxygen) được cung cấp tới hệ thống theo các con đường tự nhiên như do khuếch tán, giĩ, đối lưu nhiệt….Các luống compost được xáo trộn định kỳ thường xuyên để xáo trộn đều kích thước chất thải rắn trong luống compost, trộn đều phân bố độ ẩm và hỗ trợ cho thổi khí thụ động. Việc xáo trộn được thực hiện bằng cách di chuyển luống compost với xe xúc hoặc bằng xe xáo trộn chuyên dụng để xáo trộn luống compost.
Ưu điểm
•Do xáo trộn thường xuyên nên chất lượng compost thu được khá đều;
•Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp vì khơng cần hệ thống cung cấp oxygen cưỡng bức. Nhược điểm
•Cần nhiều nhân cơng;
•Thời gian ủ dài (3÷6 tháng);
•Sử dụng thổi khí thụ động nên khĩ quản lý, đặc biệt là khĩ kiểm sốt nhiệt độ và mầm bệnh; •Xáo trộn luống compost thường gây thất thốt Nitơ và gây mùi;
•Quá trình ủ cĩ thể bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, ví dụ như mưa cĩ thể gây ảnh hưởng bất lợi cho quá trình ủ;
•Phương pháp thổi khí thụ động cần một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc và loại vật liệu tạo cấu trúc phù hợp với phương pháp này thì ít hơn so với các phương pháp khác.
[
Phương pháp ủ compost theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức
Trong phương pháp này, vật liệu ủ được sắp xếp thành đống hoặc luống dài. Khơng khí (oxygen) được cung cấp tới hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí và hệ thống phân phối khí như ống phân phối khí hoặc sàn phân phối khí.
Ưu điểm
•Dễ kiểm sốt khi vận hành hệ thống, đặc biệt là kiểm sốt nhiệt độ và nồng độ oxygen trong luống ủ compost;
•Giảm mùi hơi và mầm bệnh; •Thời gian ủ ngắn (3 - 6 tuần);
•Vì sử dụng thổi khí cưỡng bức nên cĩ thể làm luống compost cao và rộng hơn, nên nhu cầu sử dụng đất thấp hơn, và cĩ thể vận hành ngồi trời hoặc cĩ che phủ.
Nhược điểm
•Hệ thống phân phối khí dễ bị tắt, nghẽn, cần phải bảo trì thường xuyên;
•Chi phí bảo trì hệ thống và chi phí năng lượng cho thổi khí làm tăng tổng chi phí, nên chi phí cho hệ thống này cao hơn hệ thống thổi khí thụ động.
Các phương pháp ủ trong container
Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container, túi đựng hay trong nhà. Thổi khí cưỡng bức thường được sử dụng cho phương pháp ủ này. Cĩ nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng quay…
Trong bể di chuyển theo phương ngang, vật liệu được chứa và ủ trong một hoặc nhiều ngăn phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ được áp dụng cho phương pháp này. Vật liệu ủ được di chuyển liên tục dọc theo chiều dài của ngăn phản ứng trong suốt quá trình ủ.
Trong container thổi khí, vật liệu ủ được chứa trong các loại container khác nhau như hộp chứa chất thải rắn hay túi polyethylene, … Thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho phương pháp này. Quá trình ủ thường ở dạng mẻ. Khơng cĩ sự rung hay xáo trộn trong container. Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ cĩ thể được lấy ra và xáo trộn bên ngồi, sau đĩ cho vào container lại. Trong thùng quay, vật liệu ủ được ủ trong một thùng xoay chậm theo phương ngang với thổi khí cưỡng bức.
Ưu điểm
•Ít nhạy cảm với điều kiện thời tiết;
•Khả năng kiểm sốt quá trình ủ và kiểm sốt mùi tốt hơn; •Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngồi trời;
•Nhu cầu diện tích nhỏ hơn các phương pháp ủ khác; •Chất lượng compost tốt hơn.
Nhược điểm
• Vốn đầu tư cao;
• Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao; • Thiết kế phức tạp và địi hỏi trình độ cao; • Cơng nhân vận hành địi hỏi trình độ cao
Các Giai Đoạn Trong Quá Trình Sản Xuất Compost
Gồm 4 giai đoạn
Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Rác thực phẩm từ các hộ gia đình và chợ trên địa bàn Thành phố được thu gom tập trung về điểm hẹn sau đĩ ép vận chuyển tới nhà máy xử lý. Tại đây, rác thực phẩm được lưu trong khu vực chứa riêng của chất thải rắn hữu cơ.
Mặc dù trong hệ thống quả lý chất thải rắn của thành phố Đà Nẵng cĩ áp dụng hình thức phân loại rác tại nguồn, nhưng khi rác thực phẩm được vận chuyển đến nhà máy chế biến compost vẫn được phân loại một lần nữa để tránh những tạp chất cịn sĩt lại. Đảm bảo chất thải rắn hữu cơ phân hủy tốt và chất lượng phân compost được duy trì.
Rác thực phẩm từ nhà chứa rác sẽ được chuyển qua một máy để xé những túi đựng chất thải đồng thời phân loại kích thước chất thải bằng hệ thống sàng thùng quay. Phần nào cĩ kích thước lớn khơng lọt sàng sẽ được chuyển qua băng chuyền phân loại bằng tay. Sau băng chuyền phân loại, chất thải hữu cơ sẽ được đưa qua một máy cắt đến kích cỡ khoảng 3÷50 mm(1). Giai đoạn này được thực hiện trong khu vực trạm phân loại tập trung trước khi được xe xúc chuyển rác qua khu ủ phân compost. Do rác thực phẩm cĩ độ ẩm cũng như tỷ lệ chất dinh dưỡng (C/N) chưa đạt đến mức độ như mong muốn nên thường phải tiến hành phối trộn thêm với các loại vật liệu khác nhằm đạt tỷ lệ C/N như mong muốn trước khi chuyển qua giai đoạn ủ hiếu khí.
Rác thực phẩm sau phân loại sẽ được tập trung trong khu vực phối trộn, sau đĩ các xe chuyên dùng cho cơng tác đảo trộn bắt đầu thực hiện cơng việc.
Tồn bộ khu vực tập kết, phân loại và chuẩn bị chất thải đều được bố trí trong nhà cĩ mái che nhằm tránh sự xâm nhập của nước nước mưa làm ảnh hưởng đến độ ẩm của chất thải. Mùi hơi là vấn đề khĩ cĩ thể tránh khỏi tại khi vực này. Điều này cĩ thể giảm nhẹ bằng cách giải quyết nhanh lượng rác thơ đưa vào khu xử lý, tránh để tồn đọng quá lâu tạo điều kiện cho rác bị phân hủy gây mùi hơi thối. Ngồi ra, một vùng đệm với dãy cây xanh cách ly thích hợp cũng sẽ được bao bọc quanh khu vực này và hàng ngày tại đây việc phun chế phầm khử mùi và diệt cơng trùng được thực hiện liên tục trong suốt quá trình làm việc.
Nguyên liệu sau khi đã hồn tất khâu chuẩn bị được các xe xúc vận chuyển qua khu ủ compost. Tại đây, rác hữu cơ sẽ được chuyển sang giai đoạn lên men hiếu khí .
Giai đoạn lên men
Giới thiệu về hệ thống lên men
Đây là một giai đoạn quan trọng nhất của tồn bộ dây chuyền sản xuất compost. Qua tài liệu tham khảo và thực tế một số nhà máy compost đã và đang hoạt động tại Việt Nam. Cĩ 2 cơng nghệ được đề xuất:
Ủ hiếu khí bằng thùng quay;
Ủ hiếu khí bằng hệ thống ủ luống tự nhiên hay hầm nhân tạo.
Việc so sánh và lựa chọn phương án được thực hiện dựa vào một số chỉ tiêu cơ bản về kinh tế và kỹ thuật được trình bày trong Bảng 4.14.
Bảng 4.14 So sánh một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa 2 phương án (PA) ủ lên men Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật PA 1. ủ hiếu khí bằng thùng quay PA 2. ủ hiếu khí khơng sử dụng thùng quay
Thời gian ủ Ngắn (14 ngày) Dài (3-24 tuần) Cơng suất so sánh 60 tấn /ngày (mất thời
gian lấy rác ra)
60 tấn/ngày
Tiêu thụ năng lượng Cao Thấp
Thiết bị Phức tạp, cĩ hệ thống điều khiển tự động
Đơn giản, cĩ hệ thống giám sát
Bảng 4.14 So sánh một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa 2 phương án (PA) ủ lên men (tiếp theo) Cơng nghệ Nhập khẩu Cĩ thể tự xây dựng trong
nước
Diện tích Nhỏ Lớn
Giá thành Cao Thấp
Từ bảng so sánh trên rõ ràng phương án 2 sẽ là phương án được chọn làm hệ thống ủ phân rác cho nhà máy.
So sánh lựa chọn hình thức cấp khí
Phương Án 1: Thổi Khí Thụ Động
Do tính chất của phương pháp ủ thụ động là lấy khơng khí trực tiếp từ mơi trường xung quanh cung cấp cho luống ủ mà khơng cĩ sự trợ giúp của các bộ phận cấp khí cưỡng bức như các loại bơm cấp khí chỉ nhờ vào cơ chế như khuếch tán giĩ, đối lưu nhiệt, … Việc lấy khơng khí cung cấp cho mơi trường trong luống ủ được thực hiện bằng cách như sau: đặt các loại ống khoan lỗ phân bố đều luống ủ, ủ theo nhiều tầng và thả từ tầng cao xuống tầng thấp tạo điều kiện cho các thành phần nguyên liệu tiếp xúc với khơng khí mơi trường, … Tuy nhiên cách mà hiện nay vẫn được sử dụng nhiều nhất khi áp dụng phương pháp này là đảo trộn. Khi đảo trộn liên tục và xới đều luống ủ các phần khơng khí sẽ tiếp xúc với thành phần nguyên liệu tốt nhất và rộng khắp nhất. Đảo trộn được thực hiện nhờ vào các loại xe chuyên dung hay được làm bằng tay.
Ưu điểm
•Oxygen cần thiết cho quá trình làm compost được cung cấp một cách tự nhiên từ khí trời làm giảm năng lượng và thiết bị cần thiết cho sục khí, gĩp phần giảm đáng kể chi phí sản xuất compost. Nhu cầu năng lượng cho nhà máy thấp hơn 60-80% so với phương pháp thổi khí cưỡng bức.
•Cĩ thể khơng cần xây dựng luống ủ. Như đối với khuơn viên nhà máy hiện nay thì cĩ thể tiến hành ủ trực tiếp ngay sau khi đảo trộn nguyên liệu hồn tất ngay tại vị trí mới đảo trộn mà khơng cần đưa vào luống ủ. Tiết kiệm được chi phí vận chuyển.
Nhược điểm
•Chất thải sinh hoạt thường cĩ độ ẩm cao, đặc biệt vào mùa mưa, nên cần phải làm khơ trước khi đưa vào ủ nếu khơng thời gian ủ sẽ kéo dài làm ảnh hưởng đến cơng suất nhà máy. Song, việc làm khơ cĩ thể thực hiện bằng tự nhiên hoặc bằng máy tất cả đều gặp khĩ khăn. Nếu làm khơ tự nhiên thì cần diện tích đất lớn, làm khơ bằng máy thì tốn năng lượng, điều này sẽ làm tăng giá thành của compost. Cĩ thể đây là một phần trở ngại của phương pháp này khi nếu được triển khai tại nhà máy.
•Oxygen được cung cấp tới các luống ủ compost bằng phương pháp thụ động nên khĩ kiểm sốt và quản lý hơn so với phương pháp thổi khí cưỡng bức.
•Phương pháp thổi khí thụ động cần thời gian ủ compost (3÷4 tháng) dài hơn thổi khí cuỡng bức (4
÷6 tuần).
•Một phần quan trọng là áp dụng phương pháp này ta khơng kiểm sốt được chất lượng sản phẩm sau thời gian ủ (nhất là vấn đề vi sinh vật gây bệnh) do khơng kiểm sốt được lượng khí đưa vào cung cấp cho giai đoạn phân hủy chất thải rắn của vi sinh vật trong luống ủ.
•Cần một khối lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc (30÷40%) nên khối lượng rác xử lý trong một mẻ compost thấp (60÷70%).
Phương Án 2: Thổi Khí Cưỡng Bức
Đối với phương án này khơng khí đưa vào luống ủ từ các hệ thống cấp khí bên ngồi. Luống ủ phải được xây dựng kiên cố để gắn hệ thống cấp khí. Khi hồn thành động cơ (quạt, bơm) sẽ cung cấp khí
(oxygen) tới luống compost để vi sinh vật sử dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ. Việc thổi khí diễn ra liên tục trong suốt quá trình ủ.
Ưu điểm
•Phương pháp thổi khí cưỡng bức cung cấp oxygen tới luống compost một cách hiệu quả hơn, giảm thời gian ủ compost (4÷6 tuần) và chiều cao của luống compost cĩ thể cao hơn so với phương pháp thổi khí thụ động, nên diện tích khu ủ compost nhỏ hơn.
•Phương pháp thổi khí cưỡng bức dễ kiểm sốt và dễ quản lý hơn phương pháp thổi khí thụ động. •Do đã được thổi khí cộng với quá trình xáo trộn luống compost giúp cho chất lượng compost tốt hơn và đồng đều hơn.
•Vì sử dụng thổi khí cưỡng bức khơng cần dùng khối lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc, nên khối lượng