L ỜI CẢM ƠN
2.4.7.Phương pháp ủ phân (Compost)
Ủ phân hiếu khí ñược hiểu là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học ñến trạng thái ổn ñịnh dưới sự tác ñộng và kiểm soát của con người, sản phẩm giống như mùn ñược gọi là compost. Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân hủy trong tự nhiên, nhưng ñược tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóa các ñiều kiện môi trường cho hoạt ñộng của vi sinh vật.
Trên thế giới, compost ñã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nông nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên. Tại Ai Cập từ 3.000 năm trước Công nguyên compost ñược coi như là một quá trình xử lý chất thải Nông nghiệp ñầu tiên trên thế giớị Người Trung Quốc ñã áp dụng phương pháp compost ñể ủ chất thải từ cách ñây 4.000 năm. Tại Nhật Bản ñã sử dụng compost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế kỷ trước. Mặc dù ñược áp dụng từ rất sớm trong hoạt ñộng sản xuất Nông nghiệp, quá trình ủ
compost mới ñược nghiên cứu một cách khoa học và báo cáo bởi Giáo sư
người Anh, Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn ðộ vào năm 1943. Cho ñến nay ñã có nhiều công trình nghiên cứu về quá trình ủ compost và nhiều mô hình công nghệủ compost quy mô lớn ñược phát triển trên thế giớị
Tại Việt Nam, compost vẫn ñược coi là một phương pháp mới ít người biết ñến và chưa ñược phổ biến rộng rãi ñặc biệt là dùng ñể xử lý phân gia súc gia cầm. Trong thời gian vài năm gần ñây ñã có một vài nhà máy và các cơ sở sản xuất ñã bước ñầu ứng dụng phương pháp này vào xử
lý rác thải trong sản xuất.
Sản phẩm của quá trình compost là những chất hữu cơ và hệ vi sinh vật dị dưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho ñất và cây trồng. Sản phẩm compost ñược sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ
trong nông nghiệp hay các mục ñích cải tạo ñất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng. Ngoài ra, compost còn ñược ứng dụng, như là các sản phẩm sinh học trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.
2.4.7.1. Phân loại
Dựa theo quá trình phân hủy tự nhiên người ta chia compost thành hai loại:
- Ủ phân hiếu khí. - Ủ phân yếm khí.
2.4.7.2. Cơ chế của quá trình compost.
ạ Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong ñiều kiện hiếu khí.
Với hỗn hợp thích hợp của nước, carbon, oxy và nitơ, vi sinh vật sẽ phá vỡ các chất hữu cơ ñể sản xuất phân mùn. Quá trình ủ phân là phụ thuộc vào vi sinh vật ñể phá vỡ các chất hữu cơ thành phân. Có nhiều loại vi sinh vật
ñược tìm thấy trong phân hữu cơ hoạt ñộng trong ñó phổ biến nhất:
• Vi khuẩn có nhiều nhất trong tất cả các vi sinh vật ñược tìm thấy trong
phân ủ.
•Actinomycetes cần thiết ñể phá vỡ các sản phẩm như giấy, báo và vỏ
cây…
•Nấm và mốc giúp phá vỡ các vật liệu mà vi khuẩn không phân huỷ ñược, ñặc biệt là lignin trong gỗ.
•ðộng vật nguyên sinh trợ giúp vi khuẩn tiêu thụ, nấm và các hạt hữu cơ nhỏ .
•Luân trùng giúp kiểm soát mật ñộ của các vi khuẩn và ñộng vật ñơn bào nhỏ.
Ngoài ra, giun ñất không chỉăn một phần nguyên liệu, nhưng cũng liên tục tái tạo thông khí và thoát nước khi chúng di chuyển trong phân ủ. Tuy nhiên, vai trò chủñạo trong quá trình compost vẫn là các vi sinh vật.
Thiếu cộng ñồng vi sinh vật khỏe mạnh là lý do chính làm cho quá trình ủ phân chậm lạị
Phân ủ thường ñược khuyến cáo như là một chất phụ gia cho ñất, cung cấp mùn và chất dinh dưỡng. Nó cung cấp một môi trường ñất trồng trọt phong phú, làm ñất xốp, dễ thấm nước, dễ hoà tan khoáng chất.
Quá trình làm compost xảy ra trong ñiều kiện hiếu khí cho ra các sản phẩm cuối chủ yếu là tế bào mới, phần chất hữu cơ không bị phân hủy, CO2 + H2O + NH3 + SO4-2. Compost là phần chất hữu cơ bền không bị phân hủy còn lại, thường chứa nhiều lignin là thành phần khó bị phân hủy sinh học trong một
khoảng thời gian ngắn. Lignin có nhiều trong giấy in báo, là một hợp chất hữu cơ cao phân tử có trong thành phần keo liên kết các sợi cellulose của các loại cây lấy gỗ và các loại thực vật khác.
b. Vai trò của vi sinh vật
Vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, và actinomycetes phân hủy với hầu hết các vật liệu trong một ñống ủ. Chúng ñược coi là phân huỷ hoá học, bởi vì chúng thay ñổi thành phần hóa học của chất thải hữu cơ, ốc sên, bọ ñuôi bật, sên, bọ cánh cứng, kiến, ruồi, giun tròn, giun dẹp, luân trùng, và giun ñất cũng
ñược coi là vật phân huỷ bởi vì chúng xay, cắn, hút, và nhai vật liệu thành những mảnh nhỏ hơn.
Trong tất cả các sinh vật, vi khuẩn hiếu khí phân huỷ quan trọng nhất. Chúng rất phong phú, có thể có hàng triệu trong một gam ñất hoặc chất hữu cơ mục nát. Chúng là những dinh dưỡng ña dạng của tất cả các sinh vật và có thể ăn gần như bất cứ thứ gì. Vi khuẩn sử dụng carbon như một nguồn năng lượng và nitơ ñể xây dựng protein trong cơ thể của chúng ñể chúng có thể (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
phát triển và sinh sản. Vi khuẩn có ñược năng lượng bằng cách oxy hóa chất hữu cơ, ñặc biệt là các phần carbon. Quá trình oxy hóa này làm ñống phân ủ
nóng lên hơn nhiệt ñộ không khí xung quanh. Nếu ñiều kiện thích hợp, các
ñống ủ sẽ nóng lên khá nhanh chóng do vi khuẩn phân huỷ vật liệu dễ dàng. Trong khi các vi khuẩn có thể ăn nhiều loại hợp chất hữu cơ, chúng có thể gặp khó khăn trong môi trường không thuận lợị Thay ñổi oxy, ñộ ẩm, nhiệt ñộ, và tính axit có thể làm cho vi khuẩn bị chết hoặc trở thành không hoạt ñộng. Vi khuẩn hiếu khí cần nồng ñộ oxy lớn hơn 5%. Khi nồng ñộ oxy giảm dưới 5 %, vi khuẩn hiếu khí chết và phân hủy giảm 90%. Khi ñó vi sinh vật yếm khí sản xuất rất nhiều axit hữu cơ và các amin có mùi, gây ñộc hại cho cây trồng. Ngoài ra, các vi khuẩn yếm khí sản xuất hydrogen sulfide có mùi như trứng thối và các chất khác gây mùi khó chịụ
Trong ñống ủ, có nhiều loại vi khuẩn hiếu khí khác nhau làm việc. Số
lượng của chúng sẽ thay ñổi theo nhiệt ñộñống ủ. Vi khuẩn ưa lạnh làm việc trong khoảng nhiệt ñộ thấp nhất. Chúng hoạt ñộng ở 12,6°C. Nếu nhiệt ñộ ñống ủ ban ñầu là dưới 21,1 ºC, vi khuẩn mesophilic, bắt ñầu hoạt ñộng. Các vi khuẩn Mesophilic nhanh chóng phân hủy chất hữu cơ, sản xuất axit, lượng khí carbon dioxide và nhiệt. Phạm vi nhiệt ñộ thích hợp của chúng thường từ 21,2ºC ñến 37,7 ºC. Khi nhiệt ñộ ñống ủ tăng lên trên 37,7ºC, vi khuẩn mesophilic bắt ñầu chết hoặc di chuyển ñến phần bên ngoài của ñống
ủ. Chúng ñược thay thế bởi các vi khuẩn ưa nhiệt.
Vi khuẩn ưa nhiệt phát triển mạnh ở nhiệt ñộ khác nhau, từ 45,0 ºC ñến 71,1ºC, vi khuẩn ưa nhiệt tiếp tục quá trình phân hủy, nâng cao nhiệt ñộ ñống
ủ lên từ 47,1ºC ñến 71,1ºC chúng hoạt ñộng ổn ñịnh ở nhiệt ñộ này, trừ khi
ñống ủ liên tục ñược bổ sung vật liệu mớị Nhiệt ñộ cao thường kéo dài không quá 3 - 5 ngàỵ Vi khuẩn ưa nhiệt sử dụng quá nhiều các vật liệu phân hủy ñể
duy trì số lượng của chúng. Khi các vi khuẩn ưa nhiệt suy giảm và nhiệt ñộ
của ñống ủ dần dần nguội ñi, vi khuẩn mesophilic một lần nữa tiếp tục hoạt
ñộng. Các vi khuẩn mesophilic tiêu thụ vật liệu hữu cơ còn lại với sự giúp ñỡ
của các sinh vật khác.
Nhiệt ñộ cao trên 60ºC sẽ giết chết các sinh vật gây bệnh và các hạt giống cỏ dạị
Trong khi các loại vi khuẩn khác nhau ñang làm việc, Actinomycetes, một loại vi khuẩn tương tự như nấm và nấm mốc xuất hiện, actinomycetes làm việc trong các khu vực nhiệt trung bình của một ñống phân ủ. Chúng phân hủy một số vật liệu khó phân hủy như lignin, cellulose, tinh bột và protein. Khi phân hủy, chúng giải phóng carbon, nitơ, amoniac, làm cho các chất dinh dưỡng có sẵn tăng caọ Actinomycetes hoạt ñộng mạnh trong giai
Cũng giống như vi khuẩn và actinomycetes, nấm cũng phân hủy chất hữu cơ trong một ñống phân ủ. Vai trò chính của chúng ñó là phá vỡ cellulose và lignin. Nấm ưa hoạt ñộng ở nhiệt ñộ lạnh từ 21,1 - 29,4 ºC. Chúng xuất hiện nhiều trong giai ñoạn cuối cùng của ủ phân.
2.4.7.3. Quá trình compost trong ñiều kiện hiếu khí.
Quá trình ủ phân hiếu khí diễn ra trong ñiều kiện có mặt Oxỵ Trong quá trình này thì vi khuẩn hiếu khí phá vỡ hầu hết các thành phần vật chất và tạo ra carbon dioxit, ammoniac, nước, nhiệt lượng, và mùn. Trong quá trình này vi sinh vật hiếu khí cũng có thể tạo ra các hợp chất trung gian như các axit nhưng chúng lại tiếp tục bị chuyển hóa thành các chất khác. Nhiệt sinh ra sẽ thúc ñẩy quá trình phân giải protein, chất béo và các hợp chất hydratcacbon phức tạp khác như cellulose và hemicellulosẹ
Ưu ñiểm:
Thời gian diễn ra ngắn hơn.
Quá trình này tạo ra nhiệt ñộ cao do ñó tiêu diệt hầu hết các tác nhân có hại cho người, ñộng vật và cây trồng.
Giảm mùị
Hạn chế ô nhiễm nguồn nước và ñất.
Tạo ra nguồn phân bón giàu chất dinh dưỡng.
Tuy nhiên, nó vẫn còn có những nhược ñiểm so với phương pháp ủ
phân yếm khí ñó là nhiều chất dinh dưỡng ñã bị mất trong quá trình nàỵ Mặc dù vậy thì ñây vẫn là phương pháp xử lý rác thải nông nghiệp ñược cho là hiệu quả nhất và ñáng ñược chú ý nhất hiện naỵ
ạ Quy trình ủ phân compost hiếu khí.
Quá trình compost ñược chia làm 4 pha chính:
- Pha 1: Pha sản nhiệt (nhiệt ñộ tăng lên rất nhanh trong vòng 24h). - Pha 2: Pha nhiệt (nhiệt ñộổn ñịnh 70C0-50C0.
- Pha 4: Pha chín (nhiệt ñộổn ñịnh xấp xỉ nhiệt ñộ môi trường). b. Các pha nhiệt của quá trình ủ hiếu khí. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Biểu ñồ nhiệt ñộ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Thời gian N h i ệ t ñ ộ Nhiệt ñộ Pha nhiệt Pha sản nhiệt
Pha nguội Pha chín
Nhiệt ñộ sản sinh ra = Nhiệt ñộ compost + Nhiệt mất cho không khí + Nhiệt mất do vật chất xung quanh + Nhiệt mất ñể
làm bốc hơi nước.
ðiểm ñảo nhiệt
ðỉnh nhiệt
Sau khi tạo ñống ủ thì nhiệt ñộ có thể tăng rất nhanh tới 70 - 80°C trong một hai ngày ñầụ Trước tiên các vi sinh vật chịu nhiệt sẽ nhân lên rất nhanh trong ñiều kiện có ñường và amino axit. Chúng chuyển hóa các chất và tạo ra nhiệt tới ñiểm nhất ñịnh. Sau ñó vi khuẩn chịu tiếp tục quá trình hoạt ñộng và
ñưa nhiệt ñộ lên tới 70ºC hoặc cao hơn. ðiểm nhiệt cao nhất ñóng vai trò quan trọng trong việc tiêu diệt các tác nhân có hại có trong ñống ủ.
c. Các yếu tố chính ảnh hưởng ñến quá trình ủ phân
Có một số yếu tố môi trường ảnh hưởng ñến tốc ñộ của ủ phân. Các sinh vật cần phân hữu cơ (carbon và nitơ), không khí, và nước ñể phát triển. Khi cung cấp với một sự cân bằng thuận lợi, chúng sẽ phân giải phân hữu cơ
một cách nhanh chóng. Yếu tố sinh vật khác ảnh hưởng ñến tốc ñộ của ủ phân bao gồm diện tích bề mặt / kích thước hạt, khối lượng, và nhiệt ñộ.
Vật liệu hữu cơ cung cấp thức ăn cho sinh vật ở dạng carbon và nitơ. Vi khuẩn sử dụng carbon cho năng lượng và protein ñể phát triển và sinh sản. Mức cacbon và nitơ khác nhau với mỗi vật liệu hữu cơ. Vật liệu giàu carbon là lá, rơm, và dăm gỗ. Các vật liệu giàu Nitơ là cỏ tươi và chất thải thực phẩm. Tỷ lệ C:N: 25:1 và 30:1 là sự kết hợp tối ưu cho phân hủy nhanh chóng. Nếu tỷ lệ cao hơn 30:1, giảm sản xuất nhiệt và phân hủy chậm lạị Khi có quá nhiều nitơ, ñống ủ có mùi khí amoniac. Quá nhiều ni-tơ cũng có thể gia tăng ñộ pH và gây ñộc hại ñối với một số vi sinh vật.
ẹ Sự lưu thông khí.
Thông khí thích hợp là một yếu tố môi trường quan trọng. Nhiều vi sinh vật, bao gồm cả vi khuẩn hiếu khí, cần oxỵ Chúng cần oxy ñể sản xuất năng lượng, phát triển nhanh chóng, và tiêu thụ vật liệu hơn. Sục khí liên quan ñến việc thay thế khí oxy thiếu trong một ñống phân trộn. Khí tự nhiên xảy ra khi không khí ấm tăng quá trình ủ phân thông qua ñống ủ, mang lại không khí trong lành từ môi trường xung quanh. Sục khí cũng có thể bị ảnh hưởng bởi gió, ñộẩm và ñộ xốp. Giảm ñộ xốp của ñống ủ sẽ giảm lưu thông không khí. Các vật liệu mịn có thể làm ảnh hưởng xấu ñến ñộ xốp. Vật liệu có kích thước như lá thông, cỏ xén, hoặc mùn cưa ñược sử dụng là tốt. Ngoài ra, lưu thông không khí có thể bị cản trở nếu các vật liệu bị bão hòa nước.
Không khí chuyển ñộng trong ñống ủ có thể ñược cải thiện ñơn giản. Cách dễ nhất ñể thông khí một ñống ủ là thường xuyên ñảo làm tăng ñộ xốp. Cũng có thể thêm nguyên liệu thô như lá, rơm rạ, thân cây ngô.
f. ðộẩm.
Vi khuẩn hoạt ñộng diễn ra nhanh nhất ở lớp nước mỏng trên bề mặt của vật liệu hữu cơ. Vi sinh vật chỉ có thể sử dụng các phân tử hữu cơ hòa tan trong nước. ðộ ẩm tối ưu cho một ñống phân ủ khoảng 40-60%. Nếu có ít hơn 40% ñộ ẩm, vi khuẩn ít hoạt ñộng và có thể trở thành không hoạt ñộng.
Nếu có hơn 60%, nước sẽ buộc không khí ra khỏi ñống ủ, vi khuẩn hiếu khí giảm hoạt ñộng. Vi khuẩn kỵ khí phát triển, dẫn ñến mùi khó chịụ
Tỷ lệ lý tưởng của ñộẩm sẽ phụ thuộc vào cấu trúc của vật liệu hữu cơ. Rơm rạ và thân cây ngô sẽ cần nhiều ñộ ẩm hơn lá, trong khi chất thải thực phẩm, cỏ xén không cần thêm ñộẩm. Vì khó khăn ñểño ñộẩm, một cách ño cảm quan là dùng tay nắm 1 nắm phân ủ có 2 giọt nước rơi ra là ñược.
Khi ñống phân ủ quá khô, cần tưới nước. Vật liệu như lá khô, cỏ khô, rơm rạ, mùn cưa ñược dần dần làm cho ẩm (http:// compost.css.cornell.edu/B.C agri culturẹhtlm
g. Chất dinh dưỡng.
Các chất carbon, nitơ, kali, là những chất dinh dưỡng cơ bản không thể
thiếu ñược cho hệ vi sinh vật trong quá trình phân hủy ñống ủ. Vì vậy tỉ lệ
carbon và nitơ có ý nghĩa quyết ñịnh chất lượng ñống ủ, tỷ lệ tốt nhất là 25/1 hoặc 30/1. Tuy nhiên, tỉ lệ carbon/nitơ trong khoảng 20/1 và 40/1 vẫn có thể