II. QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ :
SỬ DỤNG PHẾ LIỆU LÀM PHÂN BÓN
Hướng đơn giản nhất trong các hướng tận dụng nguồn phế liệu trong chế biến thực phẩm là hướng sử dụng phế liệu làm phân bón. Mặc dù khơng phải loại phế liệu nào cũng có thể sử dụng làm phân bón ( một phần do hàm lượng các chất dinh dưỡng qúa cao hoặc do nếu dùng chúng trong các qui trình khác thì có lợi về mặt kinh tế hơn ) tuy nhiên hầu hết các loại phế liệu hiện nay đều được sử dụng làm phân bón. Điều này được lý giải bởi nếu làm phân bón chi phí cho xử lý phế thải sẽ giảm đến mức tối thiểu nhà máy không phải tốn tiền để đầu tư một dây truyền sản xuất, khơng mất diện tích để đặt thêm phân xưởng chế biến phế thải thành các sản phẩm khác có chi phí lớn hơn, tiền th nhân cơng, vận hành...
Ngày nay hướng chủ yếu để xử lý phế thải hữu cơ thành phân bón là hướng xử lý phế thải hữu cơ bằng các phương pháp sinh học. Bởi vì đây là cách thức rẻ tiền nhất, hiệu qủa nhất, đơn giản và dễ thực hiện nhất.
Theo phương pháp sinh học, thơng thường để trở thành phân bón, phế liệu phải trải qua một qúa trình ủ .Qúa trình ủ phế liệu thành phân bón là một qúa trình phân hủy sinh học các thành phần hữu cơ trong phế liệu và ổn định cơ chất dưới điều kiện nhiệt độ cao do các vi sinh vật ưa ấm và ưa nhiệt gây ra, để tạo ra sản phẩm cuối cùng bền vững.
* Qúa trình ủ gồm ba mục đích sau:
- Làm ổn định chất thải : Các qúa trình sinh học xảy ra khi ủ chất thải hữu cơ sẽ chuyển hóa chất thải hữu cơ dễ phân hủy thành chất hữu cơ ổn định. Phần lớn các chất vơ cơ được giải phóng khỏi các hợp chất hữu cơ và chúng được chuyển vào đất hoặc nước.
- Tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh : Do nhiệt độ lên cao trong qúa trình ủ ( có thể lên đến 750C , trung bình khoảng 55 –600C ) nên các vi sinh vật gây bệnh đều bị tiêu diệt sau khoảng 4 – 5 ngày ủ .
- Làm cho chất hữu cơ trở thành phân bón chất lượng cao. Phần lớn các chất dinh dưỡng như N, P, K có trong thành phần các hợp chất hữu cơ khơng thể hấp thụ được bằng cây xanh. Sau khi ủ, các chất này chuyển thành dạng vô cơ như NO3- PO4-3 rất thuận lợi cho cây hấp thụ. Mặt khác sau khi ủ, các chất này trở nên khơng bị hịa tan hoặc khó hịa tan do vậy sẽ hạn chế qúa trình rửa trơi . * Quá trình ủ bao gồm hai loại : Ủ hiếu khí và ủ kỵ khí. Tuy nhiên, dù là ủ hiếu khí hay ủ kỵ khí thì chúng đều có chung những điểm sau đây :
- Qúa trình ủ được thực hiện bởi một hỗn hợp VSV có mặt trong chất thải. Chúng bao gồm vi khuẩn, nấm mốc, Actinomyces. Sự ổn định chất thải phần lớn được kết thúc bằng hoạt động của vi khuẩn. Các vi khuẩn ưa ấm xuất hiện đầu tiên. Sau đó nhiệt độ được tăng lên, các vi khuẩn ưa nóng phát triển mạnh cùng với các loại nấm mốc ưa nóng. Các nấm mốc ưa nóng thường phát triển sau 5 – 10 ngày ủ. Nếu nhiệt độ qúa cao ( 65 – 700C ) phần lớn mốc, xạ khuẩn và vi khuẩn sẽ bị tiêu diệt. Lúc đó
chỉ tồn tại các bào tử của vi khuẩn. Cuối giai đoạn ủ các loài xạ khuẩn sẽ tạo thành từng đám màu trắng hoặc màu xám trắng trên bề mặt khối ủ.
- Sự chuyển hóa protein và các chất hydrat cacbon phụ thuộc chủ yếu vào các vi khuẩn ưa nóng thuộc Bacillus Sp.
- Sự phát triển của VSV trong khối ủ đều trải qua các giai đoạn sau: + Giai đoạn bắt đầu làm quen với điều kiện môi trường. + Giai đoạn phát triển các vi khuẩn ưa ấm.
+ Giai đoạn phát triển các VSV ưa nóng : Giai đoạn này các VSV gây bệnh đều bị tiêu diệt. Các phản ứng sinh học được xảy ra như sau :
+ Hiếu khí :
(COHNS) +O2 +VSVhiếu khí CO2 + NH3 + các sản phẩm khác + Q + Kỵ khí :
( COHNS) + VSVkỵ khí CO2 + H2S + NH3 + CH4 .
Cả hai qúa trình đều tạo ra những tế bào VSV mới. Trong đó ở điều kiện hiếu khí sinh khối được tạo ra nhiều hơn.
+ Giai đoạn giảm dần nhiệt độ : Giai đoạn này bắt đầu một qúa trình lên men lần 2 rất chậm và xảy ra qúa trình mùn hóa chất thải. Trong giai đoạn này xảy ra các phản ứng :
NH4+ + 1,5 O2 Nitrosomonas NO2- + 2H+ +H2O. NO2- + 0,5 O2 Nitrobacter NO3-.
Kết hợp hai phản ứng :
NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O. * Kiểm soát và đánh giá qúa trình ủ :
Hiệu qủa của qúa trình ủ dựa chủ yếu vào hai yếu tố : - Nhóm vi sinh vật phát triển trong khối ủ.
- Khả năng làm ổn định chất hữu cơ.
Hai yếu tố trên được kiểm soát bằng những cách sau : + Cân bằng dinh dưỡng :
Các chỉ số quan trọng cần xác định trong qúa trình ủ là :
o Tỷ lệ C/N : Sản phẩm cuối cùng nên có tỷ lệ này nằm trong mức 10/1. o Photpho o Khí H2S o Ca o Các nguyên tố vi lượng. + Kiểm sốt độ ẩm :
Độ ẩm đóng vai trị rất quan trọng trong qúa trình ủ chất thải hữu cơ. Nếu độ ẩm xuống dưới 20% , các lồi VSV sẽ khơng có khả năng phát triển. Nếu độ ẩm qúa cao sẽ xảy ra các qúa trình sau :
- Thẩm thấu qua đất và cuốn theo các chất dinh dưỡng.
- Làm nhiệt độ khối ủ không tăng lên được. - Phát triển mạnh những VSV gây bệnh.
+ Kiêåm sốt sự cung cấp khơng khí : Qúa trình ủ hiếu khí cần cung cấp oxy để cho VSV phát triển và để ổn định chất thải hữu cơ. Tuy nhiên qúa trình ủ kỵ khí thì khơng cần quan tâm đến yếu tố này.
+ Kiểm soát nhiệt độ và pH : Nhiệt được tạo ra do qúa trình chuyển hóa sinh học trong khối ủ đóng vai trị rất quan trọng :
- Tạo điều kiện tối ưu cho qúa trình phân giải. - Tạo ra những chất an toàn cho VSV sử dụng.
PH tối ưu cho qúa trình ủ nằm trong khoảng trung tính. Khi acid hữu cơ bay hơi độ pH của khối ủ sẽ giảm. Sau một thời gian nhất định pH sẽ trở về vùng trung tính.
* Qúa trình ủ kết thúc khi :
- Nhiệt độ giảm xuống và trở lại mức bình thường.
- Mức độ giảm các thành phần hữu cơ trong khối ủ bằng cách xác định VS , COD, % cacbon, tro và tỷ lệ C/N.
- Phần trăm lượng nitrat và sự khơng có mặt của NH3.
- Khơng có các loại cơn trùng ở giai đoạn cuối cùng như trong sản phẩm. - Khơng có mùi khó chịu.
- Xuất hiện màu trắng hay màu xám trắng của các sợi Actinomyces.