Mục tiêu tiến hành sản xuất compost trong thùng hay kênh mương là để:1)Tăng tốc quá trình ủ compost thơng qua việc duy trì những điều kiện tốt nhất cho vi sinh vật hoạt động. 2) Giảm thiều hoặc loại bỏ những tác động cĩ hại lên mơi trường xung quanh.
Bỏ qua những điểm khác biệt khơng quan trọng, những hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương hiện nay thường cĩ những đặc điểm sau:1) Thiết kế của mỗi buồng ủ compost cĩ 1 ít khác biệt so với các buồng ủ khác cùng loại. 2) Sử dụng nhiều phương pháp thơng khí khác nhau hoặc kết hợp các phương pháp đĩ với nhau trong đĩ cĩ một số phương pháp thành cơng hơn các phương pháp cịn lại.
Hệ thống làm thống khí khi thiết kế thường yêu cầu một hay vài cách cơ bản sau: làm thống khí cưỡng bức (thổi khí), khuấy trộn và đảo trộn. Ở hầu hết hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương, thổi khi được sử dụng tới
một mức độ nhất định nào đĩ Khuấy trộn là dùng lưỡi cày xới lên hay dùng mũi khoan xốy theo 1 đường trịn xuyên qua đống ủ compost.
Đảo trộn là đổ vật liệu sx compost từ 1 vị trí xuống vị trí khác thấp hơn ( từ băng chuyền này sang băng chuyền khác,từ sàn này qua sàn khác).Một cơ chế đảo trộn khác là sử dụng trống quay nằm ngang, bên trong cĩ cánh quạt cũng được đặt theo phương ngang.
Ví dụ một vài hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương tiêu biểu :
Qua nhiều năm sử dụng phương pháp này, cĩ rất nhiều loại hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương được sử dụng Trong phần này sẽ mơ tả một vài hệ thống tiêu biểu:
a. Trống ủ compost Dano (“Dano drum”)
Trống ủ compost Dano đã xuất hiện trên thị trường từ những năm 1940. Nĩ là đại diện cho dạng buồng ủ compost hình trống nằm ngang. Do đĩ điểm đặc trưng của thiết bị này là dài, gần như nằm ngang, cĩ đường kính lớn hơn hoặc bằng 3m và cĩ tốc độ quay khoảng 2v/p.
Do những trở ngại kinh tế, thời gian lưu trong trống bị hạn chế trong giai đoạn hoạt động tích cực của quá trình ủ compost (:active stage”). Vì vậy, giai đoạn “trưởng thành” (“maturation”) sẽ được thực hiện bên ngồi thiết bị và cĩ liên quan đến sản xuất compost dạng đánh luống. Người ta nghi ngờ rằng trống ủ compost Dano khơng thể ứng dụng ở các quốc gia đang phát triển do giá thành, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao.
b. Một số hệ thống hình trống nằm ngang khác
Trống ủ compost Ewsson cĩ thiết kế khác với trống ủ compost Dano ở chỗ buồng ủ compost trong trống quay này được chia thành nhiều ngăn với thời gian lưu trong mỗi ngăn cĩ thể khác nhau.
Ngồi ra cịn cĩ 2 thiết kế hình trống khác được sử dụng trong hệ thống Ruthner và PLM-BIAS. Mặc dù một số hệ thống vừa nêu hiện nay khơng cịn xuất hiện trên thị trường nhưng trong hình thể hiện 1 ví dụ trống ủ compost Eweson vẫn cịn đang hoạt động.
Hình 3.11: Trống ủ compost Ewsson
c. Hệ thống sản xuất compost Naturizer
Hệ thống sản xuất compost Naturizer đầu tiên là mơ hình của phương pháp sàn đảo trộn (“tumbling floor approach”). Hệ thống gồm 2 silo (tạm dịch: tháp ủ) đứng cạnh nhau.Mỗi silo cĩ 3 lớp sàn. Điểm đặc biệt của tháp ủ là các sàn được cấu tạo bởi những máng hình chữ V đặt sát nhau.Vật liệu compost cĩ thể đổ từ sàn cao hơn xuống sàn thấp hơn ngay phía dưới bằng cách đảo ngược các máng này ở sàn trên.
Rác thái được đưa đến xử lý sẽ được chuyển bằng băng chuyền đổ vào sàn trên cùng của silo thứ nhất, thời gian lưu lại trên sàn trong khoảng 24 giờ. Sau đĩ, chất thải được đổ xuống sàn giữa, tiếp tục lưu lại 24 giờ lần thứ 2, rồi sau đĩ được đổ xuống sàn đáy silo. Sau khi được giảm kích thước, vật liệu compost tiếp tục được chuyển đến sàn cao nhất của silo thứ 2, và quá trình lặp lại giống như ở silo thứ 1.
Thời gian lưu trong cả 2 silo, cái trước cái sau, khoảng 6 ngày. Sau khi chuyển ra khỏi silo thứ 2, vật liệu compost sẽ được đánh luống và được để cho “trưởng thành” với khoảng thời gian từ 1 đến 2 tháng.
Hệ thống này kết hợp giữa thổi khí và đảo trộn. Nĩ sử dụng 1 con kênh hoặc thiết bị phản ứng hở, đặt nằm ngang khá dài. Đáy kênh hay đáy thiết bị được đục lỗ phía dưới và thiết bị được trang bị 1 máy đảo trộn di động để đảo trộn vật liệu.
Hình 3.12: Hệ thống sản xuất compost dạng trong kênh mương
Những loại hệ thống này đơi khi cũng được gọi tên là hệ thống “sàn được thổi khí và đảo trộn ” (Thơng thường máy đảo trộn sử dụng kiểu băng tải di động khơng ngừng - “travelling endless belt” hay là trống quay – “rotting drum”)
Bên cạnh hiệu quả hoạt động của máy đảo trộn vật liệu, khối compost cịn được thơng khí nhờ được thổi khí thơng qua những lỗ nhỏ dưới đáy máng.
Thơng thường nếu điều chỉnh tần suất di chuyển (hoạt động) của thiết bị đảo trộn một cách thích hợp thì người ta cĩ thể khơng cần thổi khí mà vẫn khơng làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống. Tuy nhiên, đơi khi người ta vẫn sử dụng biện pháp thổi khí nếu muốn kiểm sốt nhiệt độ.
Chu trình sản xuất compost bắt đầu bằng việc đổ rác thải đã được giảm kích thước vào bể, sau đĩ thiết bị đảo trộn di động sẽ di chuyển để tiến hành đảo trộn đống rác thải. Đồng thời khí sẽ được thổi xuyên qua đống vật liệu. Thiết bị đảo trộn đảo tồn bộ đống vật liệu sản xuất compost mỗi ngày một lần. Nhà sản xuất đề nghị thời gian lưu trong máng nên là 6 ngày. Sau đĩ vật liệu sản xuất compost sẽ tiếp tục được đánh luống trong 1 đến 2 tháng. Hiện nay trên thị trường cĩ rất nhiều hệ thống sản xuất compost sử dụng những thiết kế tương tự như hệ thống Metro.
e. Buồng ủ compost Fairfield
Thiết bị này cĩ đặc điểm là làm thống khí bằng cách sử dụng thiết bị khuấy trộn kết hợp với thổi khí. Cấu tạo gồm một bể hở hình trụ trong đĩ cĩ gắn 1 dãy những mũi khoan rỗng, ở mép mũi khoan cĩ đục lỗ. Những mũi khoan được đỡ bởi một cầu nối gắn với trục ở trung tâm của bể phản ứng.
Cầu nối cùng với tập hợp các mũi khoan được quay chầm chậm bản thân các mũi khoan cũng xoay khi cầu nối quay. Khơng khí thốt ra từ những lỗ đục lỗ trên mũi khoan và xâm nhập vào vật liệu compost khi mũi khoan đi xuyên qua khối compost. Thời gian lưu compost trong buồng ủ compost Fairfield khơng xác định. Nếu thời gian lưu nhỏ hơn 2 hoặc 3 tuần thì vật liệu phải được đánh luống để đảm bảo sản phẩm compost ổn định.
CHƯƠNG 4 : MƠ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1 Nghiên cứu lý thuyết
oThu thập các tài liệu về compost và quá trình ủ compost, những nghiên cứu đã thực nghiệm về compost trên các vật liệu khác nhau.
oThu thập tài liệu về tính chất của vỏ cà phê.
4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 4.2.1 Mơ hình thực nghiệm
Mơ hình cĩ dạng đống hình chĩp nĩn, cao 30 cm, đường kính đáy 40cm, bên ngồi được đậy bằng bạt giúp giữ nhiệt cho đống ủ. Mơ hình hiếu khí với dạng thổi khí tự nhiên
Hình 4.1: Mơ hình thí nghiệm
Hình 4.2 : Hình ảnh mơ hình ủ compost
30 cm
4.2.2 Phân tích chỉ tiêu đầu vào
Vỏ cà phê được lấy từ Huyện EaHleo, tỉnh Đăk Lăk đưa đi phân tích các chỉ tiêu đầu vào như: Độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng C, N
Bảng 4.1: Các chỉ tiêu đầu vào của vỏ cà phê
Thành phần Đơn vị Vỏ cà phê Nhiệt độ 0C 30 Độ ẩm % 15 Chất hữu cơ % 74 C % 35 N % 1.8 4.2.3 Vận hành mơ hình ủ compost Quy trình ủ thực hiện như sau:
Hình 4.3: Quy trình thực hiện ử phân compost
Từ 4 đến 5 giờ trước khi tiến hành ủ, bơm khoảng 5 lít nước sạch vào thùng sau đĩ, cho tồn bộ men sinh học, đường, và phân urê vào thùng chứa nước nĩi trên và khuấy đều cho tan hết.
+ Vỏ quả cà phê được trải đều trên mặt đất,
+ Rải phân chuồng vãi đều trên bề mặt vỏ quả cà phê + Tiếp theo rải phân lân nung chảy
Thổi khí tự nhiên Nguyên liệu đầu vào
(vỏ cà phê, phân chuồng, men vi sinh, đường cát, phân lân , urê) Phối trộn và kiểm tra các thơng số đầu vào Hiếu khí Ổn định Thành phẩm
Sau khi đã cho tất cả nguyên liệu vào với nhau thì tiến hành đảo đều nguyên liệu này để cho tất cả các thành phần được trộn thật đều với nhau. Tiếp theo phun đều lượng ở thùng chứa vào đống nguyên liệu. Đánh đống nguyên liệu lại như mơ hình trên theo kích thước cao 30cm đường kính đống là 40 cm.
Lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu đầu vào: Độ ẩm, nhiệt độ, hàm lượng chất hữu cơ, N tổng, mầu sắc. Các thơng số phân tích được giới thiệu trong bẳng sau: Bảng 4.2: Bảng so sánh thành phần các nguyên liệu đầu vào
Mơ hình Vỏ cà phê(kg) Men vi sinh(g) Đường cát(kg) Phân chuồng (kg) Vơi bột(kg) Phân lân(kg) Phân urê(kg) Đối chứng 10 0 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mơ hình 1 10 100 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mơ hình 2 10 150 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mơ hình 3 10 200 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mơ hình 4 10 250 0,02 2 0,15 0,5 0,1
Bảng 4.3: Đặc tính nguyên liệu đầu vào của các mơ hình
Nghiệm
thức Đối chứng Mơ hình 1 Mơ hình 2 Mơ hình 3 Mơ hình 4
Mầu sắc Vàng nâu Vàng nâu Vàng nâu Vàng nâu Vàng nâu
Nhiệt độ(0C) 30.5 30 30 30.5 31
Độ ẩm (%) 65 64.5 66 66.5 66
Chất hữu cơ
(%) 86 86.5 85 85 86
N tổng (%) 2.4 2.45 2.35 2.5 2.4
Thí nghiệm được thực hiện 3 lần. Trong quá trình ủ theo dõi các chỉ tiêu: Nhiệt độ, pH, độ sụt lún kiểm tra hằng ngày. Độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng N, C kiểm tra 3 ngày/lần. Tất cả các chỉ tiêu thực hiện 3 lần/mẫu, sau đĩ lấy kết quả trung bình.
4.3 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 4.3.1 phương pháp phân tích.
Phân tích các chỉ tiêu: pH, nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ, C, N, P, K. Nhiệt độ:
Sử dụng nhiệt kế thủy ngân, cắm trực tiếp vào giữa mơ hình và đọc kết quả. pH:
pH của mẫu được xác định bằng cách pha mẫu với nước cất theo tỷ lệ 1 mẫu : 5 nước cất rồi sử dụng máy đo pH để xác định.
Độ ẩm
− Cân mẫu phân tích vào đĩa
− Sấy 100 – 105 0C trong 18 – 24 tiếng
− Hút ẩm 1h sau đĩ đem cân lại
− Cơng thức xác định độ ẩm:
Độ ẩm =(m1−m2)/m1×100% Trong đĩ:
m1: khối lượng chất hữu cơ ban đầu
m2: Khối lượng chất hữu cơ sau sấy (m2 = m – m0) m0: Khối lượng đĩa sấy
m : Khối lượng đĩa sấy và rác sau sấy Chất hữu cơ
Chất hữu cơ sau khhi phân tích độ ẩm đem nghiền nhỏ bằng cối và chày(kích thước hạt <1mm khi đã qua ray, phần cịn dư để phân tích N, C)
− Cân khối lượng mẫu đã xử lý vào cốc nung
− Đốt 5500C trong 1h − Hút ẩm đem cân − Cơng thức xác định: %CHC = ( ) 100% 1 2 1− × m m m Trong đĩ:
− m1 : khối lượng chất hữu cơ đem đốt ban đầu
− m2 : khối lượng chất hữu cơ sau đốt (m2 = m – m0)
− m0 : Khối lượng cốc
− m2 : khối lượng cốc và chất hữu cơ cân được sau đốt Hàm lượng C
Từ % CHC ta tính dược ngay % C theo cơng thúc sau: %C = 8 . 1 %CHC Hàm lượng N
− Vơ cơ hĩa mẫu
Cân 100g CHC đã sấy kho tuyệt đối cho vào bình Kjeldahl, cho tiếp 5 ml H2SO4 đậm đặc sẽ thấy xuất hiện màu nâu đen (do nguyên liệu bị ooxxy hĩa). Cho them 200mg chất xúc tác, lắc nhẹ, đậy kín để khoảng 3 phút. Đặt bình Kjeldah lên bếp đun, đậy miệng bình bằng phễu thủy tinh.
Trong khi đun theo dõi sự mất màu đen của dung dịch trong bình đun, khhi thấy dung dịch gàn như trong suốt thì lắc nhẹ bình để kéo hết các phần tử trên thành bình cịn chưa bị oxy hĩa và dung dịch. Tiếp tục đun cho đến khi dung dịch trong hồn tồn. Để nguội bình rồi chuyển tồn bộ sang bình định mức 100ml, dùng nước cất vơ đạm tráng lại bình Kjeldah và định mức đến vạch.
− Cất đạm
Chuyển 50ml dung dịch trong bình định mức trên và bình cất đạm cĩ sãn 50ml nước cất và 3 giọt thuốc thử tashiro lúc này trong bình cĩ màu tím hồng. Tiếp tục cho vào bình cất 15ml NaOH 40% cho đến khi tồn bộ dung dịch chuyển sang màu xanh lá mạ (thêm 5ml NaOH 40% nếu dung dịch trong bình chưa chuyển hết sang màu lá mạ).
Tiến hành lắp hệ thống chưng cất đạm, cho vào bình hứng 20 ml H2SO4 0.1N và 3 giọt thuốc thử Tashiro, đặt đầu ống sao cho ngập ống sinh hàn, bật cơng tắc cất đạm.
Sau khi cất đạm 10 – 12 phút để kiểm tra NH4OH cịn được tạo ra khơng, dùng giấy quỳ thử đầu ống sinh hàn. Nếu giấy quỳ khơng đổi màu xanh là được, ngưng cất đạm, đợi hệ thống nguội mới tháo hệ thống đem ra đi rửa.
− Chuẩn độ
Chuẩn độ H2SO4 dư trong bình chính bằng NaOH 0.1N cho đến khi mất màu tím hồng và chuyển sang màu xanh lá mạ. Ghi nhận thể tích NaOH 0.1N sử dụng:
a v v
N 1.42 ( 1 2) 100 2
Trong đĩ:
v1 : số ml H2SO4 cho vào bình hứng v2 : số ml NaOH 0.1N đã chuẩn độ A : Số mg nguyên liệu
1,42 : hệ số, cứ 1ml H2SO4 dùng để trung hịa NH4OH thì tương đương với 1.42mg Nito.
Xác định Photpho tổng
− Mẫu phân đã nghiền nhỏ trộn đều từ đĩ chọn mẫu để phân tích
− Cân 2g mẫu khơ cho vào bình Kjeldahl 500ml
− Cho vào bình 20 – 25 ml hỗ hợp H2SO4 + HNO3 đun trên bếp điện
− Trong khi tro hĩa, theo định kỳ lắc bình và bổ sung 1 – 1.5ml HNO3 đặc, vì HNO3 bay hơi
− Mỗi lần cho axit HNO3 phải để bình nguội khi khơng cĩ khí màu nâu thốt ra thì cần thiết phải them HNO3
− Quá trình tro hĩa kết thúc khi dung dịch trong bình cĩ màu trắng
− Sau khi tro hĩa xong để nguội bình rồi them vào bình 100 ml nước đun đến sơi để loại trừ bớt HNO3
− Lọc để loại trừ phần kết tủa trong dung dịch axit Sillic thạch cao cát, sét rửa phần cặn trên giấy lọc bằng nước cất nĩng. Dịch lỏng và nước rửa vào bình định mức 200ml, định mức tới vạch, lắc đều dung dịch sẽ chia làm 2 phần, một phần để xác định K
− Lấy 200 ml dung dịch cho vào bình định mức bằng nước tới vạch. Dung dịch đã pha lỗng 10 lần này dùng để xác định so màu photpho
− Tiếp theo chuẩn bị đường cong chuẩn theo bảng dưới:
− Từ loạt dung dịch chuẩn, đo dộ hấp thu, vẽ bản đồ A= F(C), sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lấy bình phương y= ax +b. Từ độ hấp thu Am của mẫu, tính nồng độ Cm sau đĩ tính hàm lượng photpho tổng
STT 0 1 2 3 4 5 6
P-PO4 chuẩn ml nước cất 50 49 48 47 46 45 - ml mẫu photpho 0 0 0 0 0 0 ml dung dịch molybdate 2.0 ml ml SnCl2 0.25 ml =5 giọt C (micro gam) 0 2.5 5 7.5 10 12.5 - C (mg/l) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.255 - Độ hấp thu đo ở bước song 690 nm ? ? ? ? ? ? ? Xác định Kali tổng
Sử dụng phương pháp quang kế ngọn lửa với thể tích 100ml mẫu đã cĩ ở trên. Cĩ thể sử dụng phương pháp đo bằng máy hấp thu nguyên tử (ASS).
Tiến hành như sau:
− Cân 1g mẫu cho vào cố sứ 300ml đốt ở 5000C trong 1h.
− Cho vào 2ml axit HCl chuẩn độ với 6ml nước.
− Đun sơi 10 phút, tiếp tục cho vào bình 30ml nước và đun sơi, sau đĩ