2.4.2.2. Phương pháp đo nhiệt độ.
Hệ thống sẽ được đo bằng bộ điều khiển. Thông số nhiệt độ sẽ được đo thường xuyên hằng ngày, cứ 2 giờ sẽ được cập nhật 1 lần.
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 41
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI THỰC NGHIỆM
3.1. Kết quả nghiên cứu
Hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, cơng suất 10kg/ngày hồn chỉnh. Chú thích (1) Khung sắt (2) Thùng chứa (3) Tay quay hệ thống (4) Lỗ thơng khí (5) Trục quay – Cánh khuấy Hình 3.1. Bản vẽ 3D hệ thống.
- Hệ thống đặt thùng chứa nằm ngang, giúp quá trình đảo trộn dễ dàng thực hiện và hiệu quả hơn, tăng bề mặt tiếp xúc giữa khơng khí và vật liệu ủ, tránh tình trạng vón cục, cấp khí khơng đều.
- Hệ thống kiểu trống quay có thêm các cánh khuấy bên trong giúp đống ủ được trộn đều, q trình đảo trộn ít tốn sức hơn.
- Hệ thống được vận hành liên tục. Toàn bộ lượng rác hữu cơ thải ra hằng ngày sẽ được xử lý, khơng thải ra bên ngồi.
- Hệ thống được cấp khí tự nhiên bằng cách đục lỗ hai bên thùng phuy, không cần dùng máy cấp khí cưỡng bức. Việc cấp khí tự nhiên sẽ làm cho khí cấp vào hệ thống đều hơn, tránh hiện tượng khơ ở đầu cấp khí làm vi sinh khơng hoạt động được như cấp khí cưỡng bức, đồng thời giảm chi phí vận hành.
- Bổ sung máy cắt nguyên liệu, giải phóng thời gian, sức lao động cho khâu cắt nguyên liệu, nguyên liệu đưa vào hệ thống đạt kích thước tối ưu.
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 42
3.2. Kết quả triển khai thực nghiệm
3.2.1. Đánh giá sơ bộ hiệu quả của hệ thống trong vận hành thực nghiệm
Trong quá trình vận hệ thống, từ khâu cắt nguyên liệu cho đến khâu lấy thành phẩm đều dễ dàng thực hiện. Nhà bếp của trường Trần Đại Nghĩa thải lượng rác bếp trung bình 50kg/tuần, tương đương 10kg/ngày. Hệ thống ủ rác hữu cơ đã giải quyết hoàn toàn lượng rác bếp, đảm bảo hoạt động đúng cơng suất thiết kế. Q trình cắt bằng máy có độ an tồn cao cho người thực hiện, nguyên liệu cắt ra đảm bảo đạt kích thước tối ưu. Quá trình đảo trộn bằng tay quay dễ dàng, thời gian quay chỉ mất khoảng 1 - 2 phút, nhờ có các cánh khuấy tăng hiệu quả đảo trộn. Hệ thống thường xuyên được kiểm soát độ ẩm, nhiệt độ, bổ sung chế phẩm vi sinh nên quá trình ủ diễn ra nhanh, không gây mùi hôi.
Hệ thống được vận hành bởi các cô dưỡng sinh, các cô vận hành một cách dễ dàng và tạo ra thành phẩm như đúng mục tiêu đặt ra.
Hình 3.2. Cơ dưỡng sinh vận hành hệ thống.
Hệ thống được vận hành thử nghiệm trong 30 ngày. Trong thời gian vận hành, các thông số nhiệt độ, độ ẩm được xác định hằng ngày.
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 43
Ngày Nhiệt độ
(oC)
3.2.1.1. Diễn biến nhiệt độ đống ủ:
Modun 1 được đo nhiệt độ hàng ngày liên tục trong vòng 4 tuần.
Biểu đồ 3.1. Biểu đồ đo nhiệt đồ hằng ngày của hệ thống.
- Dựa vào biểu đồ (3.1) nhận thấy rằng nhiệt độ trong q trình ủ có sự tăng cao. Nhiệt độ dao động từ 25,3oC – 58,7oC, cao hơn so với nhiệt độ môi trường, cho thấy hệ thống sinh nhiệt rất tốt. Nhiệt độ vào ban đêm giảm xuống thấp so với ban ngày từ 3oC - 5oC cho thấy hệ thống giữ nhiệt rất tốt. Nhiệt độ của hệ thống tăng cao từ ngày 3 đến ngày 15 với nhiệt độ cao nhất là 58,7oC và bắt đầu giảm xuống bằng nhiệt độ ban đầu từ ngày thứ 16 cho đến ngày 28, nhiệt độ ở cuối quá trình khoảng 38oC.
- Từ biểu đồ (3.1) cho thấy từ khi phối trộn nguyên liệu ở ngày thứ nhất, nhiệt độ tăng nhanh cho thấy hệ thống giữ nhiệt rất tốt. Nhiệt độ luôn được giữ cao ở 2 tuần đầu cho thấy sự phát triển mạnh của VSV, từ tuần thứ 3 cho đến cuối quá trình thì nhiệt độ của đống ủ bắt đầu giảm xuống cho thấy VSV đã phân hủy gần hết nguyên liệu.
- Nhiệt độ của đống ủ càng cao ta càng thấy được sự sinh trưởng, phát triển và khả năng thích nghi của vi sinh vật càng cao. Từ đó cũng thấy được hiệu quả xử lý của hệ thống rất tốt.
3.2.1.2. Diễn biến độ sụt giảm thể tích đống ủ:
Kết quả cho thấy có độ sụt giảm thể tích lớn và nhanh. Do lần nạp nguyên liệu đầu tiên được bổ sung vào hệ thống một lượng mẫu đã có chứa sẵn VSV, vì vậy VSV tiến đến q trình phát triển ln mà khơng cần phải trải qua q trình thích nghi nên độ sụt giảm thể tích nhanh, giảm khoảng 6%. Việc sụt giảm thể tích là do các vật liệu bị phân huỷ dẫn đến kích thước nhỏ hơn, làm cho khối ủ có độ rỗng thấp hơn. Một phần nữa cịn do VSV và nấm chuyển hố vật liệu ủ qua các dạng khí, đồng thời trong q trình ủ cũng có sự suy giảm độ ẩm so với ban đầu, nên mất một phần thể tích nước của vật liệu. Từ ngày thứ 9 đến ngày thứ 30 do VSV đã thích nghi và phát triển mạnh nên thể tích của đống ủ sụt giảm đáng kể. 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 44
3.2.2. Đánh giá sơ bộ chất lượng sản phẩm
Sau 30 ngày ủ, nhìn bằng mắt thường cho thấy sản phẩm có màu nâu sẫm, ẩm, xốp mềm, khơng có mùi hơi.
Hình 3.3 . Sản phẩm hữu cơ của hệ thống.
Sản phẩm được phân tích thử nghiệm các chỉ tiêu chất lượng tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lường chất lượng 2 (QUATEST2). Kết quả phân tích các chỉ tiêu của sản phẩm hữu cơ so sánh với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7185:2002 về Phân hữu cơ vi sinh vật. Bảng 3.1. So sánh các chỉ tiêu của sản phẩm và TCVN 7185:2002. TT Chỉ tiêu Đơn vị tính Kết quả thử nghiệm TCVN 7185:2002 1 pH - 8,48 6,0 - 8,0
2 Hàm lượng N tổng số % 0,95 Không nhỏ hơn 2,5
3 Hàm lượng P hữu hiệu % 0,076 Không nhỏ hơn 2,5
4 Hàm lượng K hữu hiệu % 1,02 Không nhỏ hơn 1,5
5 Hàm lượng chất hữu cơ % 56,8 Không nhỏ hơn 22
6 Hàm lượng Cr (tính trên
chất khơ) mg/kg 16
Không lớn hơn 200
7 Hàm lượng Ni (tính trên
chất khơ) mg/kg 3,55 Không lớn hơn 100
8 Hàm lượng Pb (tính trên
chất khô) mg/kg 1,86 Không lớn hơn 200
9 Hàm lượng Cd (tính trên
chất khô) mg/kg 0,53 Không lớn hơn 2,5
10 Hàm lượng Hg (tính trên
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 45
(i) Chỉ tiêu pH vượt hơn ngưỡng tiêu chuẩn. Có 2 lí do:
- Ở giai đoạn đầu của quá trình ủ, pH ở khoảng 6, sau 2 - 4 ngày thường giảm xuống 4,5 - 5 do các vi sinh vật, nấm tiêu thụ và phân hủy các chất hữu cơ. Sau đó pH sẽ tăng cao do sự phân hủy của vi sinh vật sinh ra một lượng nhiệt lớn, pH tăng lên theo xu hướng hơi kiềm khoảng 7,5 - 8,5. Cuối q trình pH sẽ về lại trung tính 6,5 - 7,5. Sau 30 ngày pH của sản phẩm cao cho thấy đống ủ vẫn đang trong quá trình phân hủy sinh nhiệt nên kết quả phân tích được pH 8,48. Nếu để thêm vài ngày quá trình phân hủy kết thúc và không sinh nhiệt, pH sẽ xuống lại mức trung tính 6,5.
- Đối với quy trình sản xuất phân hữu cơ cơng nghiệp thường có bước ủ chín để làm giảm độ ẩm và ổn định pH, sau khi độ ẩm và pH giảm xuống sẽ được đóng bao thành phẩm. Trong khi đó sản phẩm compost được lấy trực tiếp từ modun 1 mang đi phân tích ngay, chưa qua q trình ủ chín, nên pH vẫn cịn cao. pH của mẫu phân tích cao cho thấy sản phẩm chưa chín hồn tồn, nên để thêm vài ngày nữa pH sẽ giảm xuống
- Việc chỉ số pH 8,48 khơng phải q cao, có thể dùng để cải tạo đất phèn cho địa phương. Theo Bản đồ địa chất thành phố Đà Nẵng thì hiện thành phố có khoảng 616 ha đất phèn mặn [3]. Bên cạnh đó tình trạng mưa axit đang diễn ra phổ biến nhiều nơi, càng làm cho đất bị phèn hóa. Đối với đất nhiễm phèn có thành phần cơ giới nặng, tầng đất mặt: khi khơ thì cứng, nhiều vết nứt nẻ, đất rất chua pH <4, trong đất có nhiều chất độc hại cho cây trồng như Al3+, Fe3+, CH4, H2S, hoạt động vi sinh vật rất kém.
(ii) Về hàm lượng chất dinh dưỡng:
Hàm lượng N tổng số, P hữu hiệu và K hữu hiệu đều khá thấp, chưa đạt theo tiêu chuẩn. Trong quá trình ủ rác hữu cơ không bổ sung thêm dinh dưỡng, chỉ tận dụng những chất có sẵn trong rác thải, vì vậy hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm hầu như không đạt yêu cầu.
(iii) Về hàm lượng chất hữu cơ:
Kết quả phân tích hàm lượng chất hữu cơ của sản phẩm cao gấp 2,5 lần so với tiêu chuẩn, hàm lượng hữu cơ chiếm đến 56,8% trong sản phẩm.
Các nhà khoa học thường coi chất hữu cơ trong đất là một chỉ tiêu để đánh giá độ phì nhiêu của đất. Đất càng có hàm lượng chất hữu cơ cao càng được đánh giá tốt hơn. [4]
- Đất có hàm lượng chất hữu cơ cao trước hết sẽ có tính chất vật lý tốt hơn, đất trở nên tơi, xốp, hạt đất không bị rời rạc hay quá kết chặt.
- Đối với loại đất trồng, đất chứa nhiều khơng khí, VSV hoạt động mạnh, các loại giun đất cũng hoạt động mạnh làm đất càng thêm tơi xốp hơn.
- Đất có khả năng giữ ẩm tốt hơn nên tránh được hạn tốt hơn. Chất hữu cơ lại có khả năng đệm tốt nên giữ cho độ pH của đất ít thay đổi, có khả năng giữ các chất khoáng tốt hơn.
- Chất hữu cơ cải thiện cấu trúc của đất, làm đất có nhiều lổ rỗng hơn, vì thế đất trở nên thơng thống, giúp sự di chuyển của nước trong đất được dễ dàng và giữ được nhiều nước hơn. [5]
- Chất hữu cơ là nguồn dinh dưỡng cho các VSV sống ở trong đất, vì vậy càng nhiều chất hữu cơ thì khối lượng sinh vật sống và cường độ hoạt động của chúng càng lớn. [8]
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Tồn 46
Khơng chỉ vậy, hàm lượng hữu cơ cịn có vai trị kích thích cho cây trồng phát triển. Tính kích thích nay là do sự hiện diện của những chất có chức năng như những chất điều hịa sinh trưởng thực vật có trong mùn hữu cơ, có hoạt tính tương tự như IAA, Gibberillin, cytokinin hoặc là những chất ngăn cản sự phân hủy auxin, kích thích sự nảy mầm của hạt và sự tăng trưởng của cây con. [4]
Các chất hữu cơ được phân giải sẽ kết hợp với các chất khoáng dinh dưỡng trở thành các phức hệ hữu cơ - khống có tác dụng quan trọng trong việc làm giảm sự rửa trơi, xói mịn các chất dinh dưỡng. Ngồi ra với các chất mùn có trong phân hữu cơ sẽ làm tăng tính ổn định của kết cấu đất, chính vì thế bảo vệ được cấu trúc đất, hạn chế tối đa việc xói mịn. [12]
Ngồi ra hàm lượng chất hữu cơ cao nên sẽ giảm tác động của thuốc trừ sâu và hóa chất. Ngày nay diện tích đất chết càng tăng lên đồng nghĩa đất dành cho nông nghiệp bị giới hạn lại. Ngun nhân đất chết chính là vì đất đã nhiễm q nhiều chất hóa học từ việc canh tác khơng hợp lý khiến cho lượng vi sinh vật và môi trường đất bị khai thác cũng như tàn phá triệt để. Bên cạnh đó cây trồng được nuôi dưỡng trên những mảnh đất chứa quá nhiều tồn dư thuốc bảo vệ thực vật, ảnh hưởng đến chất lượng nông sản. Điều này đi ngược lại với các tiêu chí thực phẩm sạch của thế giới.
(iv) Về các chỉ tiêu kim loại:
Các chỉ tiêu kim loại bao gồm Cr, Ni, Pb, Cd, Hg trong sản phẩm compost đều đạt tiêu chuẩn, hàm lượng các kim loại rất thấp, cho thấy hiệu quả phân loại và xử lý rác thải hữu cơ cao, q trình khơng lẫn tạp chất và chất độc, đảm bảo không gây hại đến đất và cây trồng.
Trong thời đại ngày nay việc sử dụng hoá chất đưa vào trồng trọt và sản xuất khá phổ biến, tồn dư chất độc và kim loại nặng, nguy cơ nhiễm các kim loại nặng vào thực phẩm gây nên tình trạng ngộ độc. Vì vậy, sản phẩm ủ compost có các chỉ tiêu kim loại thấp là điểm mạnh để giải quyết vấn đề tồn dư hóa chất.
So sánh với TCVN 7185:2002, sản phẩm compost được tạo ra từ hệ thống ủ khơng đạt chất lượng của phân bón hữu cơ vi sinh. Mặc dù sản phẩm không đủ hàm lượng chất dinh dưỡng cho cây trồng nhưng có hàm lượng hữu cơ rất cao và hồn tồn khơng độc hại cho đất. Vì vậy kết luận sản phẩm hữu cơ từ hệ thống ủ thân thiện với mơi trường, thích hợp với việc cải tạo đất xấu, đất phèn, có thể dùng với lượng lớn mà không gây tác hại đến đất, nóng cây trồng, thích hợp cho việc bón lót vào đất trước khi gieo trồng, góp phần giúp đất tơi xốp, tăng cường hoạt động cho hệ vi sinh vật có ích trong đất.
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 47
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Việc xử lý rác thải hữu cơ tại nguồn từ hoạt động sinh hoạt đã tạo ra giải pháp giúp thực hiện quá trình phân loại rác tại nguồn và giảm vấn nạn rác thải hiện nay tại thành phố Đà Nẵng cũng như nhiều thành phố khác tại Việt Nam. Quá trình tìm hiểu và nghiên cứu đã thu về được các kết quả như mong đợi. Quá trình nghiên cứu so với vấn đề, mục tiêu đặt ra và tính thiết thực của sản phẩm là hợp lý.
Đề tài đã thành công tạo ra hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10kg/ngày. Hệ thống đã được đặt thí điểm tại trường tiểu học Trần Đại Nghĩa (Quận Cẩm Lệ - TP Đà Nẵng), giải quyết được toàn bộ lượng rác thải hữu cơ hàng ngày thải ra tại trường học, giảm lượng rác phát sinh, từ đó giảm lượng rác lên bãi, đồng thời nhờ giảm lượng rác hữu cơ có thể nâng cao nhiệt trị của rác cho quá trình đốt rác tại nhà máy. Ngồi ra giảm lượng rác hữu cơ đồng nghĩa với việc giảm hơn 60% rác phát sinh, từ đó giảm chi phí thu gom rác. Hệ thống ủ vận hành ổn định với thời gian lưu trung bình 30 ngày và tạo ra sản phẩm hữu cơ giúp cải thiện đất