Sau khi thi cơng hồn thiện, hệ thống được vận chuyển đến trường tiểu học Trần Đại Nghĩa và tiến hành lắp đặt hoàn thiện, để chuẩn bị cho việc đi vào hoạt động.
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 36
2.4. Vận hành hệ thống và đo đạc hệ thống
2.4.1. Phương pháp vận hành hệ thống.
Hệ thống được thí điểm tại trường Tiểu học Trần Đại Nghĩa từ ngày 12/04/2021. Trước khi tiến hành thí điểm hệ thống, tơi đã thực hiện tạo sản phẩm mẫu trong Phịng thí nghiệm.
2.4.1.1. Thực hiện sản phẩm mẫu trong PTN
Thời gian tiến hành thực hiện tạo sản phẩm trong PTN từ ngày 15/03/2021 đến ngày 12/04/2021. Mục đích là tạo ra sản phẩm nền, cung cấp hệ vi sinh vật cho quá trình vận hành của hệ thống tại trường học.
Quá trình thực hiện sử dụng chế phẩm vi sinh EM thứ cấp (EM2). Tạo EM thứ cấp từ EM sơ cấp (EM1) như sau: Cho 3,75L nước sạch, 0,25L mật rỉ đường và 0,25L EM1 vào bình dung tích 5L, đậy nắp và để trong bóng tối từ 3-5 ngày, ta được 4,25L hệ vi sinh EM2 có mùi thơm.
Hình 2.7. Chế phẩm EM thứ cấp.
Mỗi tuần nạp vật liệu phối trộn 1 lần, gồm rác bếp, thức ăn thừa, mùn cưa được dùng phối với tỷ lệ 1:1 về thể tích so với rác hữu cơ.
Trong quá trình vận hành, đống ủ được đảo trộn thủ công, theo dõi kiểm soát độ ẩm bằng tay và nhiệt độ bằng bộ điều khiển. Chế phẩm vi sinh được bổ sung 3 lần/tuần, mỗi lần 500ml vào các ngày thứ 2, thứ 4, thứ 6.
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 37
a) Thức ăn thừa. b) Rác bếp. c) Mùn cưa.
Hình 2.8. Nguyên liệu cho quá trình phối.
ơ
a) Cắt nguyên liệu. b) Phối trộn.
c) Kiểm tra độ ẩm. Hình 2.9. Thực hiện tại PTN.
Ngày 12/04/2021, mang thành phẩm đến Trường Tiểu học Trần Đại Nghĩa để bắt đầu vận hành hệ thống.
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 38
2.4.1.2. Vận hành thực nghiệm tại trường Tiểu học Trần Đại Nghĩa
Toàn bộ lượng rác thải hữu cơ thải ra hàng ngày của trường được tập hợp lại và xử lý làm sản phẩm hữu cơ. Mùn cưa được chuẩn bị trước để dùng phối trộn.
a) Rác bếp b) Mùn cưa
Hình 2.10. Nguyên liệu được tập kết lại để xử lý.
Quá trình vận hành
Hệ thống được thiết kế 04 modun, mỗi modun tiếp nhận xử lý nguyên liệu trong vòng 1 tuần và cho thành phẩm sau 4 tuần.
- Tuần thứ nhất, chất thải hữu cơ đưa qua máy cắt để cắt nhỏ nguyên liệu, đảm bảo nguyên liệu đạt kích thước 1 – 3cm. Sau khi cắt nguyên liệu sẽ được đưa vào modun 1, nguyên liệu vừa cắt ra được trộn với mùn cưa theo tỷ lệ 1:1 về thể tích (ngày đầu tiên trộn với thành phẩm thực hiện ở PTN), đóng nắp thùng và tiến hành quay bằng tay. Sau khi trộn xong, kiểm tra để đảm bảo độ ẩm của đống ủ cho phù hợp.
a) Cắt nguyên liệu. b) Cho nguyên liệu vào thùng chứa.
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 39
d) Quay đảo trộn nguyên liệu. e) Kiểm tra độ ẩm sau khi trộn.
Hình 2.11. Quá trình vận hành hệ thống.
- Modun 1 thực hiện xử lý nguyên liệu cho tuần 1, tiếp tục modun 2 thực hiện xử lý nguyên liệu cho tuần 2. Lấy 1/3 lượng nguyên liệu đã được xử lý từ đống ủ của modun 1 phối trộn với nguyên liệu lần phối đầu tiên của modun 2 để tạo hệ vi sinh cho đống ủ.
- Tương tự chuyển sang modun 3, 4 cho các tuần kế tiếp. Sau tuần thứ 4, tiến hành lấy thành phẩm ở modun 1 và nạp nguyên liệu lại.
Như vậy, hệ thống tạo thành một hệ tuần hoàn.
2.4.2. Phương pháp đo đạc.
2.4.2.1. Phương pháp đo độ ẩm
Đối với hệ thống ủ rác hữu cơ, độ ẩm ln được kiểm sốt trong khoảng 40 - 60%. Sử dụng phương pháp nắm bàn tay để xác định độ ẩm:
- Nếu phân ủ trong tay có cảm giác ướt nhưng nước khơng rỉ ra ngồi thì phân có độ ẩm tốt.
- Nếu phân ủ trong tay mà khi bóp đã có nước rỉ ra ngồi thì phân có độ ẩm q lớn, cần bổ sung mùn cưa.
- Nếu phân ủ trong tay mà khi bóp thấy tơi, rời rạc và rã ra thì phân bị thiếu độ ẩm, cần bổ sung bằng cách thêm nước.
Phân ủ nên được giữ trong điều kiện ẩm chứ không nên giữ trong điều kiện sũng nước. Hoạt động của các sinh vật trong đống ủ sẽ bị giảm xuống nếu như đống ủ quá khô. Nhưng nếu vật liệu ủ quá ẩm, chúng sẽ kết vón lại và ngăn luồng khí di chuyển trong đống ủ dẫn tới sự yếm khí và làm chậm q trình phân huỷ khiến cho đống ủ có mùi hơi thối.
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 40
Hình 2.12. Kiểm tra độ ẩm.
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, công 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Không lớn hơn 200
7 Hàm lượng Ni (tính trên
chất khô) 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 khơ) 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 quá 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 khơng 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.