Đề tài Ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lý chất thải rắn

iogas tương đương với 0,4kg dầu diesel; 0,6 kg xăng; hoặc 0,8 kg than. Tại Trung Quốc 5.2% dân số vùng nông thôn và tại Ấn Độ 0.8% người dân nông thôn sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu đốt. Khoảng 95% nhà máy sản xuất khí sinh học tại Châu Á dạng sử dụng trong gia đình. Do đó, mục đích sử dụng cơ bản của họ là nấu ăn và thắp sáng, 5% còn lại sử dụng cho tủ lạnh, phát điện, bơm nước tưới tiêu. Nếu khí sinh học với hàm lượng H2S thấp thì không cần phải loại trừ H2S cho mục đích nấu ăn và thắp sáng. Nếu khí sinh học được lưu trữ và chuyên chở thì H2S phải được loại trừ để tránh hiện tượng ăn mòn. Công nghệ hiếu khí Định nghĩa : Quá trình ủ hiếu khí là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và ổn định các chất hữu cơ trong CTR đô thị (trừ nhựa , cao su và da thuộc) nhờ hoạt động của vi sinh vật. sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học này là bao gồm CO2, nước , nhiệt ,chất mùn ổn định ,không mang mầm bệnh và được sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Qúa trình ủ hiếu khí có thể áp dụng đối với : Rác vườn CTR đô thị đã được phân loại Hỗn hợp CTR đô thị Kết hợp bùn thải từ quá trình xử lý nước thải. Sơ đồ chung của quá trình ủ hiếu khí Các bước kỹ thuật vận hành và theo dõi Vận hành an tòan và bảo đảm sức khỏe cho công nhân là ưu tiên hàng đầu. Công nhân phải được trang bị bảo hộ lao động và đồng phục khi làm việc với rác.Bước 1: Phân lọai rác. Chất lượng compost phụ thuộc vào chất lượng rác ban đầu. Vì thế khâu phân lọai rác giữ vai trò quan trọng. Các thành phần không phân hủy vi sinh vật phải được lọai bỏ. Đặc biệt phải quan tâm đến các thành phần nguy hiểm. Nếu hộ dân đã phân lọai rác sẽ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho việc làm compost. Hơn nữa sẽ làm tăng giá trị của compost và rác tái chế. Vì thế mục tiêu lâu dài là hướng đến việc phân loại rác tại nguồn.- Rác thu gom đến xưởng sẽ được phân lọai bằng tay thành 3 lọai: Dễ phân hủy vi sinh vật; Tái chế; Đổ bỏ.- Việc phân lọai bằng tay có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau. Công nhân bắt buộc phải mang bảo hộ lao động: bao tay, giày, khẩu trang khi tiếp xúc với rác.- Rác tái chế và đổ bỏ được chứa riêng sau đó bán cho vựa ve chai và vận chuyển ra bải rác chung.- Rác làm compost sẽ được giữ lại xưởng.- Sau khi phân lọai phải rửa sạch khu vực phân lọai để tránh ký sinh và mùi hôi.Bước 2: Trộn rác với các thành phần bổ sung. Tỷ lệ Carbon và Nitrogen (gọi là C/N) rất quan trọng cho quá trình phân hủy rác. Cả C và N đều là thức ăn cho vi sinh vật phân hủy thành phần hữu cơ. Trong đó Carbon quan trọng cho sự tăng trưởng các tế bào, còn Nitrogen là nguồn dưỡng chất. Nguyên liệu rác ban đầu nên có tỷ lệ C/N từ 25:1 đến 40:1 để giúp quá trình phân hủy nhanh và hiệu quả. Độ dao động C/N của rác gia đình khá cao và có thể làm compost. Bảng tóm tắt công việc trộn rác:- Tỷ lệ C/N từ 25:1 đến 40:1 là hiệu quả nhất cho quá trình Compost.- Gỗ vụn hay mùn cưa (C cao) hay Phân gia súc (N cao) có thể trộn với rác để giúp C/N tối ưu. Gỗ vụn còn giúp tạo lỗ hổng trong rác và như thề giúp tăng sự lưu thông không khí.- Phần compost còn lại sau khi sàng lọc lần trước được dùng để bổ sung vào lượng rác ủ mới như 1 nguồn Carbon. Đồng thời trong đó đã có sẵn các vi sinh vật và như thế sẽ làm tăng nhanh quá trình compost.Bước 3: Đổ rác vào bể ủ.  Thành phần rác hữu cơ dễ phân hủy sẽ được rải đổ trên bề mặt của bể ủ với chiều dày từng lớp khỏang 20cm và cung cấp bằng chế phẩm EM lên bề mặt của rác trong bể ủ (Theo hướng dẫn trên bao bì của sản phẩm). Trong vài ngày đầu nhiệt độ sẽ tăng lên đến 600C, điều này giúp cho sản phẩm compost không còn mầm bệnh và cỏ dại. Quá trình compost sẽ diễn ra trong 40 ngày và sau đó sẽ được đưa qua bể ủ chín 15 ngày nữa. Trong suốt thời gian ủ cần phải theo dõi nhiệt độ 1 cách thường xuyên. Hàng tuần đào 1 lỗ để kiểm tra độ ẩm, nếu quá khô thì phải rưới thêm nước.Bước 4: Đảo trộn rác. Một trong những khâu quan trọng của quá trình compost là phải đảm bảo cung cấp đầy đủ không khí. Trong vài ngày đầu lượng vi sinh vật hiếu khí tăng trưởng rất nhanh nên cần nhiều oxy. Việc thiếu oxy sẽ làm tăng trưởng vi sinh vật kỵ khí và làm xuất hiện mùi hôi, đồng thời làm chậm quá trình compost. Vì thế phải lưu ý để luôn đảm bảo lượng không khí được cung cấp đầy đủ. Bước 5: Kiểm sóat nhiệt độ. Họat động của vi sinh vật hiệu quả trong khỏang nhiệt độ từ 65 – 700 C trong khỏang 1 – 3 ngày. Nhiệt độ trên 70 sẽ ức chế họat động này. Nhiệt độ trên 80 sẽ làm chết hầu hết các vi sinh vật và quá trình compost sẽ dừng lại. Nhiệt độ dưới 65 là thích hợp nhất cho quá trình compost và cũng đảm bảo tiêu diệt các hạt cỏ dại, trứng ấu trùng và các chất hại cho con người. Vì thế cần duy trì nhiệt độ này trong ít nhất là 3 ngày. Sau tuần thứ nhất nhiệt độ sẽ giảm và quá trình compost cũng chậm lại. Quá trình sẽ chuyển qua giai đọan thực vật với nhiệt độ từ 45 – 50 và các vi sinh vật khác sẽ giữ vai trò chuyển hóa cho đến khi rác trở thành compost.Đo nhiệt độ:- Dùng 1 nhiệt kế rượu có cột 1 sợi dây ở đầu (không nên dùng nhiệt kế thủy ngân vì nó có thể gây ô nhiễm nếu bị bể. Thủy ngân nằm trong nhóm kim lọai nặng và được xác định là chất nguy hiểm bền). - Nếu sử dụng nhiệt kế rượu, trước hết dùng 1 cây que cứng tạo 1 lỗ hổng và sâu, sau đó đưa nhiệt kế vào.- Sau khỏang 1 phút lấy nhiệt kế ra và đọc ngay kết quả rồi ghi vào bảng theo dõi nhiệt độ.- Thực hiện việc kiểm tra nhiệt độ 02 lần/ngày tại 3 khu vực: trên mặt, giữa và đáy bể.- Ghi lại nhiệt độ không khí bao quanh cũng được.Bước 6: Kiểm sóat độ ẩm.Vi khuẩn lấy các dưỡng chất chỉ khi nó được phân hủy thành ion trên mặt phân tử nước. Vì thế độ ẩm giữ 1 vai trò quan trọng. Để đảm bảo tốc độ phân hủy cần duy trì độ ẩm trong các bể compost ở mức 40 – 60%.Kiểm tra độ ẩm nhanh chóng bằng cách bốc 1 nắm rác và bóp chặt: (A) Nếu chỉ có 1 vài giọt nước chảy ra thì độ ẩm tốt nhất. (B) Nếu không có giọt nước chảy ra thì độ ẩm dưới 40%, điều này cho biết việc cung cấp dưỡng chất bị ngăn cản. Do vậy quá trình compost bị chậm lại. Thông thường nhiệt độ của rác trong bể gỉam suốt quá trình vì thành phần nước quá thấp. Bổ sung thêm nước sẽ làm tăng nhiệt độ và quá trình compost sẽ tiếp tục. (C) Nếu có quá nhiều giọt nước chảy ra độ ẩm quá cao sẽ xuất hiện quá trình phân hủy kỵ khí và rác sẽ bốc mùi khó chịu.- Mang bao tay khi kiểm tra độ ẩm (bóp chặt) để giữ vệ sinh và ngăn ngừa trường hợp có các vật nhọn trong rác.- Bổ sung nước với bình xịt để đạt độ ẩm cần thiết.- Một số trường hợp nước rác xuất hiện nhiều trong quá trình ban đầu compost. Nước rác này có thể được thu gom và sử dụng lại cho những bể khác.Bước 7: Ủ chín.- Sau khỏang 40 ngày, rác trong các bể sẽ ngả màu như màu đất và nhiệt độ xuống dưới 50. Điều này cho biết đã đến quá trình chín. Các vi sinh vật hữu cơ và các côn trùng nhỏ khác tiếp tục xâm chiếm các compost chưa chín và phân hủy các phần tử hữu cơ có cấu trúc bền hơn như cellulose. Cần thêm 2 tuần để đảm bảo compost chín hòan tòan và có thể sử dụng để bón trực tiếp cho cây trồng. Trong suốt quá trình này compost cần ít oxy và ít nước. Nhiệt độ sẽ giảm bằng với nhiệt độ không khí bên ngòai.- Di chuyển compost sang bể ủ chín. Bể này có thể cao hơn (1,5m) để tiết kiệm không gian.- Không cần phải đảo trộn.- Bổ sung thêm ít nước nếu compost quá khô.- Vào mùa mưa nên giữ để compost không bị ướt vì nước mưa có thể mang đi các dưỡng chất. - Tiếp tục theo dõi nhiệt độ cho đến khi ổn định bằng với nhiệt độ không khí bên ngòai. Nếu nhiệt độ tăng khi thêm nước, quá trình chín sẽ chậm lại và cần thêm vài ngày nữa.- Việc xuất hiện màu trắng hay xám là do nấm, đó là các vi sinh vật quan trọng cho quá trình compost. Điều này cũng cho biết rằng giai đọan “thực vật” chưa kết thúc. - Compost chín sẽ có màu Nâu xẫm, có mùi đất và có cấu trúc xốp.Bước 8: Sàng lọc Compost.- Compost chín có kích thước thô, nó phụ thuộc vào vật liệu ban đầu và số lần đảo trộn. Trong nhiều trường hợp compost cần được sàng, kích thuớc sàng tùy thuộc vào yêu cầu của thị trường địa phương, thông thường khỏang 10mm.- Việc sàng cũng giúp lọai bỏ các phần không phải hữu cơ còn sót lại trong quá trình phân lọai ban đầu như các mẩu plastic, mẩu kim lọai, ...- Phần hửu cơ chưa chín còn lại sau khi sàng sẽ được sử dụng lại để trộn với phần rác mới như một nguồn carbon và vì nó có chứa sẵn các vi sinh vật của quá trình compost.Bước 9: Chứa và đóng bao. Nếu compost còn nóng hơn nhiệt độ bên ngòai sau khi sàng, có nghĩa rằng compost còn chưa chín hòan tòan. Trong trường hợp này cần phun thêm 1 ít nước và tiếp tục ủ lại thêm 1 tuần nữa. Kiểm tra lại nhiệt độ trước khi đóng bao. Compost cần phải khô khi đóng bao để giảm trọng lượng vận chuyển (độ ẩm < 40%).Giữ compost nơi khô ráo tránh nước mưa vì nước mưa sẽ mang đi thành phần dưỡng chất.Không nên lưu trữ compost quá 2 năm vì thành phần dưỡng chất và thành phần hữu cơ sẽ giảm theo thời gian.Bao đựng compost là lọai không thấm nước nhưng vẫn đảm bảo thông khí vì compost vẫn là một nguyên liệu “sống” nên cần không khí. Rác nhà bếp, rác thải nông nghiệp, chan nuôi là nguồn rác giàu thành phần hữu cơ, chất dinh dưỡng là nguyên liệu để sản xuất phân mùn chất lượng cao các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí: Vận tốc phân hủy chất hữu cơ trong quá trình ủ phân chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH, vi sinh vật ,oxygen, chất hữu cơ, độ ẩm, tỷ lệ C/N và cấu trúc chất thải. Các yếu tố vật lý : Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến quá trình ủ gồm: Nhiệt độ Nhiệt trong khối ủ là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi vi sinh vật , phụ thuộc vào kích thước của đống ủ ,độ ẩm ,không khí và tỷ lệ C/N , mức độ xáo trộn và nhiệt độ môi trường xung quanh. Cấu trúc Nhiệt độ , hoạt tính VSV Trở lực Trao đổi khí Khối lượng thể tích Độ xốp Độ xốp Dinh dưỡng C/N pH Nồng độ CO2/O2 Hình :những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trính ủ , phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các vi sinh vật và thiết kế của hệ thống . Nhiệt độ là một yếu tồ quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ CTR. Trong luống ủ , nhiệt độ cần duy trì là 55-56Co vì ở nhiệt độ này quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. khi nhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật. ở nhiệt độ thấp hơn , phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh . Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu hỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm , cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý. Độ ẩm Nước là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ. Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan chất dinh dưỡng vào nguyên sinh của tế bào . Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR nằm trong khoảng 50-60% . các vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy CTR thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của CTR. Nếu độ ẩm quá nhỏ (65%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại , sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bịt kín các khe rỗng không cho không khí đi qua , gây mùi hôi ,rò rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh . Độ ảm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác . Trong trường hợp độ ẩm của khối ủ thấp, có thể điều hành bằng cách them vào nước. còn khi độ ẩm của khối ủ cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như :mạt cưa . rơm rạ…. Thông thường độ ẩm của phân bắc ,bùn và động vật thường cao hơn giá trị tối ưu , do đó cần bổ sung các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết. đối với hệ thống sản xuất phân hữu cơ liên tục , độ ẩm có thể khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm phân hữu cơ. Như vậy ,tổng khối lượng ướt của hỗn hợp : Xm= XC + XR (7.10) Phần chất rắn của hỗn hợp làm phân : Smxm= Scxc+ Srxr (7.11) Hay: Sm(Xc+Xr)=Scxc+Srxr (7.12) Khí thải Quá trình ủ phân Không khí Cơ chất hữu cơ , Xc,Sc Sản phẩm phân hữu cơ sơ đồ sản xuất phân hữu cơ liên tục Xc : tổng khối lượng ướt của cơ chất làm phân hữu cơ nạp liệu trong một ngày , Xp tổng khối lượng ướt của sản phẩm phân hữu cơ trong 1 ngày , Xr tổng khối lượng ướt của sản phẩm phân hữu cơ tuần hoàn trong 1 ngày ,Xm tổng khối lượng ướt của hỗn hợp vật liệu làm phân hữu cơ trong vòng 1 ngày.Sc hàm lượng chất rắn của cơ chất làm phân hữu cơ ,%, Sr hàm lượng chất rắn của sản phẩm phân hữu cơ và tuần hoàn %. Sm hàm lượng chất rắn của hỗn hợp trước khi làm phân %. Rw tỉ lệ tuần hoàn tính theo khối lượng ướt của sản phẩm tuần hoàn và khối lượng ướt của cơ chất làm phân hữu cơ. Rd tỷ lệ tuần hoàn tính theo khối lượng khô của sản phẩm tuần hoàn và khối lượng khô của chất làm phân hữu cơ . Kích thước hạt : Ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy. Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt , hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy. Tuy nhiên nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt sẽ làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ , điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ và giảm mức độ hoạt động của vi sinh vật. Ngược lại , hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều , không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ. Độ rỗng(xốp) Của khối vật liệu ủ là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ. Độ rỗng tối ưu sẽ thay đổi tùy theo loại vật liệu chế biến phân. Thông thường , độ rỗng để quá trình chế biến diễn ra tốt khoảng 35-60% tối ưu là 32-36%. Độ rỗng của CTR ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho sự trao đổi chất, hô hấp của vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phần tử hữu cơ hiện diện trong lớp ủ vật liệu. độ rỗng thấp cũng sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy , nên hạn chế giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ.ngược lại độ rỗng cao cũng có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp mầm bệnh không bị tiêu diệt. Kích thước và hình dạng của hệ thống phân ủ rác : Điều này cũng ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy Thổi khí : Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để vi sinh vật sử dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ , cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt. nếu khí không được cung cấp đầy đủ thì có thể có những vùng kỵ khí gây mùi hôi. Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách : Đảo trộn Sử dụng ống thông khí Đổ chất thải từ tầng lưu chứa trên cao xuống thấp Thổi khí Các yếu tố hóa sinh: tỷ lệ C/N: Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật , trong đó cacbon và nito là cần thiết nhất, tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng là quan trọng nhất. Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1. ở mức tỷ lệ thấp hơn nito se thừa và sinh ra khí NH3 ,gây ra mùi khai. ở mức tỷ lệ cao hơn hạn chế sự phát triển của vi sinh vật do thiếu N. Chúng phải trải qua nhiều chu trình chuyển hóa , oxy hóa phần C dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp.Do đó thời gian cần thiết cho quá trình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn. Khi bắt đầu quá trình ủ phân rác , tỷ lệ C/N là 30:1 và giảm dần còn 15:1 ở các sản phẩm cuối cùng do 2/3 C được giải phóng tạo ra CO2 khi các hợp chart hữu cơ bị phân hủy bởi vi sinh vật. Trong thực tế việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỷ lệ C/N tối ưu gặp phải khó khăn vì những lý do sau: Một phần các cơ chất như xenlulo và ligin khó bị phân hủy sinh học chỉ bị phân hủy sau một thời gian dài . Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh vật không có sẵn Quá trình cố định nito có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn azotobacto đặc biệt khi có đủ PO43- Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác Dinh dưỡng : Ngoài một số nguyên tố đa lượng quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật cũng cần một số nguyên tố vi lượng khác như P, K, Ca, Fe, Bo,…. Thông thường , các chất dinh dưỡng này không giới hạn bởi chúng có mặt nhiều trong các vật liệu làm nguyên liệu cho quá trình ủ phân rác. PH: Giá trị PH trong khoảng 5,5-8.5 là tối ưu cho quá trình ủ phân rác. Các vi sinh vật ,nấm ,tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ. Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ phân rác các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm PH kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật kìm hãm sự phân hủy ligin và xenlulo. Nếu hệ thống trở nên yếm khí việc tích tụ acid có thể làm giảm PH xuống đến 4.5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới vi sinh vật. Vi sinh vật : Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm :actinomcetes và vi khuẩn. những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ , có thể bổ sung them vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn. Chất hữu cơ: Vận tốc phân hủy dao động tùy theo thành phần ,kích thước , tính chất của chất hữu cơ. Chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy hơn chất hữu cơ chất hữu cơ không hòa tan. Ligin và lingo cellulosics là những chất phân hủy rất chậm. Làm thoáng và kích thước hạt: Thông thường áp lực tĩnh là 0,10 – 0,15m cột nước, cần tạo ra để đấy không khí qua chiều sâu từ 2 – 2,5m vật liệu. Áp lực đó chỉ cần quạt gió là đủ chứ không cần máy nén. Các cửa sổ của lò ủ sẽ đủ đảm bảo cho làm thoáng, chỉ cần đảo cửa sổ lò ủ mỗi ngày một lần, hoặc nhiều ngày một lần. đối với các vật liệu nhỏ (kích thước < 25mm) oxy có thể xuyên thấm vào qua cửa sâu 0,15 – 0,2m, thậm chí hiệu ứng của cột vật liệu (ống khói) hâm nóng củng cải thiện được một ít. Tốc độ tiêu thụ oxy: Tốc độ tiêu thụ oxy tùy thuộc không chỉ nhiệt độ mà còn cả độ nghiền nhỏ của vật liệu, độ ẩm, thành phần vật liệu, quần thể vi sinh vật và mức độ xáo trộn. Người ta đã xác định rằng, nhu cầu oxy trong thời tiết ấm sẽ cao hơn trong lúc lạnh. Với thiết bị làm thoáng, người vận hành có thể kiểm tra nhiệt độ bằng cách đo lượng không khí thổi vào vật liệu, không khí dư sẽ được dùng để hạ nhiệt độ do làm nguội – lạnh trực tiếp và bay hơi. Một dung tích không khí khá lớn phải thổi qua vật liệu trong một số phút của từng nửa giờ một. củng có thể kiểm tra nhiệt độ bằng sự đói thiếu không khí. Nhưng khi đó thiếu oxy sẽ làm quá trình chậm lại, trở thành điểm không mong muốn. Để đạt kết quả tốt nhất, nên giữ nhiệt độ ban đầu là 40 – 50oC trong một số ngày đầu, sau đó tăng lên 55 – 70oC để cho giai đoạn lên men diễn ra mạnh. Lượng không khí cần thiết phải ứng với việc đảm bảo nhiệt độ này. Mức độ và tốc độ ủ: Bên ngoài, mùi và sờ mó cảm giác có thể xác định được hiệu quả của quá trình. Không nên để quá trình lên men diễn ra quá lâu vì sẽ còn ít chất hữu cơ là những chất làm giàu cho đất. Quá trình ủ không được quá nhiệt, không nên để mất nitơ, không nên quá lạnh. Chỉ dùng một chỉ tiêu (nhiệt độ) để đánh giá quá trình thì sẽ sai vì các chất ú có xu hướng nóng lại sau khi nó đã được ổn định ở điểm tối ưu pH = 5 – 6 đối với rác thô vừa ủ, sau nhiều ngày pH = 8-9. Việc giảm lượng chất hữu cơ là một chỉ thị tốt để đánh giá mức độ ủ, phân hủy tốc độ ủ có thể đo bằng tốc độ tiêu thụ oxy, có thể đo cả lượng CO2 tạo thành để đánh giá COD (NOH) củng là chỉ tiêu tốt để đánh giá nhưng ít khi dùng. Tốc độ ủ có thể là tốc độ cao, tốc độ thường, tốc độ thấp. Các chỉ tiêu đối với quá trình ủ tốc độ cao: Để chất thải hữu cơ có thể được ổn định với tốc độ cao và nhanh (4 – 6 ngày), cần các chỉ tiêu sau: Vật liệu phải có tỉ lệ C : N = 50 : 1 hoặc ít hơn, để sao cho không thiếu chất dinh dưỡng khác với pH = 5,5 – 8. Vật liệu phải được nghiền nhỏ (25 – 75mm) Độ ẩm phải được kiểm soát sao cho bảo đảm bằng 45 – 60% trong suốt quá trình ủ. Sử dụng tuần hoàn phần đã ủ - cấy (1 – 5% vật liệu hoạt tính đã được ủ một phần rồi) thì rất lợi. Xáo trộn nhẹ nhàng hoặc thỉnh thoảng xáo trộn để đề phòng hiện tường đóng bánh hoặc tạo những kênh không khí. Không khí phải được lọt tới tất cả mọi nơi của vật liệu ủ, hoặc ít nhất phải đảm bảo 50% oxy có trong đó. Nhiệt độ phải giử ở 45 – 70oC trong suốt quá trình ủ. Phải giử cho độ pH tăng lên để khỏi mất nitơ. Quá trình phải đảm bảo liên tục trong 3 hoặc 5 bậc (giai đoạn) kể cả tuần hoàn vật liệu đã ủ một phần, xáo trộn cho mỗi bậc. Bậc cuối cùng có thể hợp nhất với quá trình lên men và làm khô (khử nước) tự nhiên nhờ nhiệt tự tạo ra. Rác tươi Phân hầm cầu Cân điện tử Sàn tập kết Băng phân loại Nghiền Tái chế Bể chứa Trộn Băng chuyền Lên men Kiểm soát to tự động Cung cấp độ ẩm Thổi khí cưỡng bức Ủ chín Sàng Tinh chế Trộn phụ gia N, P, K Vê viên Đóng bao Máy xúc Máy xúc Công nhân nhặt thủ công 21 ngày Hình 5.8a. Quy trình công nghệ ủ sinh học quy mô công nghiệp Trong 2 – 4 ngày ủ không thể phân hủy được hoàn toàn protêin thối rữa, đường và phần lớn tinh bột sẽ bị phân hủy, các chất còn lại chứa: xenlulô, sợi len, lignin và các chất bền vững khác, có thể không cần thiết phải phân hủy tiếp, mà để chúng tự phân hủy ở đất, nơi sẽ trồng cây và nhờ sự có mặt của các loài sinh vật đất và các sản phẩm trao đổi chất của chúng. Hệ số nhiệt độ hô hấp hàng ngày (hiệu ứng hô hấp) Hiệu ứng hô hấp ngày được tính theo phương trình: RQ = Thể tích CO2 tạo ra Thể tích O2 bị khử từ pha khí Khi oxy hóa tinh bột thành CO2 và nước, RQ = 1,0; đối với protêin = 0,81; với mỡ = 0,71; đối với rác hữu cơ = 0,8 – 0,9. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ phản ứng được biểu thị bằng hệ số nhiệt độ Q10 Q10 = % CO2 ở khí kiệt ở ToC KT K(T-10) = % CO2 ở khí kiệt ở (T-10)oC Hệ số nhiệt độ ở 45oC khoảng 1,6. Từ 45 – 55oC nó giảm đáng kể và ở 55oC nó chỉ bằng 0,4 Nuôi cấy và xáo trộn: Không có gì lợi bằng sự tham gia của vi sinh vật đối với việc ủ nguyên liệu như rác hữu cơ, phân ngứa… vì trong đó đã chứa rất nhiều loại vi sinh vật. Cần có thời gian để các quần thể vi sinh vật thích nghi dần với điều kiện ủ và tăng trưởng lên. Quá trình ủ được trải ra theo nhiều giai đoạn và có thời gian thích ứng giữa các pha. Quá trình này có thể được rút ngắn bằng cách nuôi cấy và khuấy trộn. Khuấy trộn liên tục sẽ đạt mức phân giải tối ưu trong vòng 10 – 14 ngày. Khi tuần hoàn cặn chín đã ủ và khuấy trộn nữa thì quá trình ủ sẽ diễn ra nhanh hơn. Khuấy trộn mục đích làm đồng đều, điều hòa nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu và tránh tạo cột không khí củng như không tạo ra các bánh cứng. Nên xáo trộn không khí một lần một ngày hoặc nhiều lần một ngày để quá trình ủ diễn ra đến cùng. Sự thay đổi axit hữu cơ trong quá trình phân giải: Trong quá trình ủ củng như trong quá trình phân giải yếm khí, nồng độ dư của axit hữu cơ sẽ cản trở quá trình phân giải. Trong quá trình lên men yếm khí cặn bùn nước thải chứa hàm lượng axit hữu cơ khoảng 2ppm, quá trình sẽ dừng lại khi nồng độ axit hữu cơ đạt 5ppm. Trong quá trình ủ ít ảnh hưởng hơn đối với axit hữu cơ: phải tới 10ppm mới ảnh hưởng rõ nét. Quá trình ủ sẽ không thực hiện được triệt để khi nồng độ axit hữu cơ 4 – 5ppm tồn tại lâu. Tổn thất nitơ trong quá trình ủ: Nghiên cứu phân tích nitơ trong tất cả các giai đoạn ủ, từ lúc đưa vật liệu thô vào cho thấy nitrat, nitrit có mặt ở tất cả các mẫu: mẫu rác tươi mới, có trong lớp váng của bề mặt của bể phân hủy thí nghiệm. Nitrat, nitrit hoàn toàn không có ở các mẫu lấy ở dưới sau 70 giờ ở bể phân hủy thí nghiệm, điều này chứng tỏ rằng nitrat, nitrit bị sử dụng trong quá trình sinh hóa với tốc độ lớn hơn là tốc độ hình thành chúng. Phân tích nitơ ở vật liệu mới từ 3 – 8%, trung bình 6,3% theo tổng trọng lượng khô. Nitơ amôn ở vật liệu (rác) mới thay đổi từ 0,25 – 0,4%. Nếu tổng nitơ ban đầu rất cao thì pH = 5,0. Trung bình hàm lượng nitơ 8% ở khoảng pH = 8,0 – 8,5. Nếu không làm thoáng tốt, hàm lượng nitơ toàn phần trong quá trình không vượt qua 1,0 – 1,5%. Nitơ toàn phần vượt quá 3% sẽ mất nếu pH dưới 5 – 6. Có thể xác định cacbon theo phương trình: Đối với nguyên liệu tươi: độ tro khoảng 10% trọnglượng chất khô; nitơ: 6,3% trọng lượng chất khô. Tỷ lệ C:N tương ứng sẽ đạt giá trị 8. Đối với nguyên liệu sau khi ủ: độ tro khoảng 20% trọng lượng chất khô; nitơ: 3% trọng lượng chất khô thì tỷ lệ C:N vào khoảng 15. Tỷ lệ C:N yêu cầu phải bằng 20 nếu không sẽ làm giảm năng suất mùa mạng. Sự chuyển hóa photpho: Rác nghiền chứa 48% P2O5 (tương ứng với độ ẩm 70%), sau 336 giờ ủ ở nhiệt độ 40oC ở bể phân hủy gián đoạn, 96% photpho đã chuyển hóa từ dạng tan thành không tan hữu cơ. Quá trình ủ tốc độ cao không phân hủy được xenlulo, nhưng đa số đường tan bị biến mất rất nhanh, có thể do pH ban đầu rất thấp. Mặc dù hóa phân tích định tính chỉ rằng tinh bột biến đi khá nhanh nhưng kiểm tra vi sinh vật thì lại thấy còn nhiều hạt tinh bột còn lại ở cuối quá trình phân hủy. Chất lượng phân hữu cơ: Chất lượng phân hữu cơ được đánh gía dựa trên 4 yếu tố sau: Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh , plasic, đá kim loại nặng chất thải hóa học , thuốc trừ sâu,….) Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K, dinh dưỡng trung lư