Tài liệu Sử dụng chủng phanerochaete chrysosporium phân hủy rác hữu cơ làm compost

LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU I.1 Söï caàn thieát cuûa ñeà taøi Thaønh phoá Hoà Chí Minh bao goàm 19 quaän vaø 5 huyeän, toång dieän tích 2.095,01 km². Vaøo naêm 2006, thaønh phoá coù daân soá 6.424.519 ngöôøi. Cuøng vôùi söï phaùt trieån kinh teá, keùo theo ñoù laø haøng loaït caùc vaán ñeà veà oâ nhieãm moâi tröôøng. Moãi ngaøy taïi thaønh phoá Hoà Chí Minh coù treân 6.000 taán raùc thaûi sinh hoaït ñöôïc thaûi ra moâi tröôøng. Vaán ñeà raùc thaûi hieän nay ñang laø vaán ñeà baùo ñoäng ñoái vôùi thaønh phoá Hoà Chí Minh noùi rieâng vaø caû nöôùc noùi chung. Caùc loaïi raùc thaûi sinh hoaït hieän nay chuû yeáu ñöôïc ñem choân laáp chöù ít ñöôïc xöû lyù, vì vaäy ñaõ gaây ra oâ nhieãm nguoàn nöôùc vaø oâ nhieãm khoâng khí traàm troïng. Caùc loaïi raùc thaûi sinh hoaït cuûa thaønh phoá Hoà Chí Minh chuû yeáu ñöôïc choân laáp taïi caùc baõi raùc nhö baõi raùc Ñoâng Thaïnh, Phöôùc Hieäp, Goø Caùt… nhöng caùc baõi raùc naøy hieän nay ñang ngaøy moät trôû leân quaù taûi vaø haøng loaït vaán ñeà keùo theo nhö phaùt thaûi khí Meâtan, nöôùc ræ vaø ñaëc bieät laø muøi, ñaây laø keát quaû cuûa vieäc phaân huûy töï nhieân caùc chaát höõu cô coù trong raùc thaûi. Vì vaäy, vaán ñeà ñaët ra cho chuùng ta hieän nay laø phaûi coù bieän phaùp xöû lyù raùc thaûi hieäu quaû, khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng, taùi söû duïng raùc thaûi thaønh caùc saûn phaåm coù giaù trò kinh teá. Ñaõ coù nhieàu bieän phaùp ñöôïc ñöa ra nhö phun thuoác hoùa hoïc, ñem ñoát, cho vaøo thuøng vaø boû xuoáng ñaùy bieån… Tuy nhieân caùc phöông phaùp naøy raát toán keùm vaø ñaëc bieät aûnh höôûng xaáu ñeán moâi tröôøng. Bieän phaùp ñöôïc öu tieân haøng ñaàu hieän nay ñeå xöû lyù raùc thaûi sinh hoaït laø söû duïng phöông phaùp phaân huûy sinh hoïc, vì thaønh phaàn chuû yeáu trong raùc thaûi sinh hoaït chieám 65 – 90% laø höõu cô. Söû duïng phöông phaùp sinh hoïc ít toán keùm, khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng vaø nhaát laø phuø hôïp vôùi caùc qui luaät töï nhieân, coù theå taùi söû duïng vaø taïo ra caùc saûn phaåm coù giaù trò kinh teá cao. Ta caàn phaûi xem raùc thaûi nhö moät nguoàn taøi nguyeân caàn ñöôïc khai thaùc chöù raùc khoâng phaûi laø thöù boû ñi. 1 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Xöû lyù raùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc laø söû duïng caùc chuûng VSV phaân huûy, uû raùc vôùi caùc VSV naøy ñeå xöû lyù. Coù hai phöông phaùp uû laø uû hieáu khí vaø uû kî khí. Phöông phaùp uû hieáu khí laø raùc thaûi bò phaân huûy bôûi VSV trong ñieàu kieän coù oxy, sinh ra khí cacbonic, hôi nöôùc vaø nhieät. Saûn phaåm oån ñònh seõ laøm phaân boùn cho noâng nghieäp. Phöông phaùp uû kî khí laø raùc thaûi bò VSV phaân huûy trong ñieàu kieän khoâng coù oxy, saûn phaåm cuoái cuøng cuûa quaù trình phaân huûy kî khí chuû yeáu laø khí meâtan, khí cacbonic, saûn phaåm trung gian giöõa axit höõu cô vaø röôïu. Khí meâtan sinh ra coù theå thu hoài, söû duïng laøm nguoàn naêng löôïng chaát ñoát. Quaù trình phaân huûy kî khí coøn coù saûn phaåm phuï laø caën. Vì vaäy caàn phaûi xöû lyù caën. Söû duïng phöông phaùp uû hieáu khí ñôn giaûn hôn, deã laøm nhöng khoâng thu hoài ñöôïc naêng löôïng sinh ra nhö phöông phaùp uû kî khí. Phöông phaùp naøy phuø hôïp vôùi nhöõng nôi ñieàu kieän kinh teá chöa phaùt trieån, phuø hôïp vôùi caùc nöôùc ñang vaø chaäm phaùt trieån, trong ñoù coù Vieät Nam, coøn phöông phaùp uû kî khí khoù laøm hôn, caàn chi phí ñaàu tö xaây döïng môùi coù theå laøm ñöôïc, nhöng laïi thu hoài ñöôïc löôïng metan laøm nguoàn naêng löôïng chaát ñoát, phöông phaùp naøy phoå bieán ôû caùc nöôùc phaùt trieån phöông taây. Ñeà taøi ñaõ choïn phöông phaùp uû hieáu khí vì noù thích hôïp vôùi ñieàu kieän thöïc teá ôû nöôùc ta, deã laøm, ñôn giaûn. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy so vôùi phöông phaùp choân laáp hieän nay laø laø giaûm phaùt thaûi khí meâtan, moät trong nhöõng taùc nhaân gaây hieäu öùng nhaø kính. Vaán ñeà ñaët ra ôû ñaây laø phaûi phaân loaïi raùc, Chuû yeáu raùc thaûi sinh hiaït hieän nay chöa ñöôïc phaân loaïi taïi nguoàn, gaây khoù khaên cho quaù trình uû. Vì vaäy tröôùc khi ñem uû, caàn baêm raùc nhoû, taùch löïa caùc chaát voâ cô nhö tuùi nilon, bao boá, saét, nhöïa… I.2 Muïc ñích cuûa ñeà taøi: Muïc ñích cuûa ñeà taøi laø söû duïng chuûng VSV PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM, keát hôïp xaï khuaån vaø naám trichoderma phaân huûy raùc thaûi sinh hoaït taïi khu vöïc chôï TAÂN QUI, huyeän CUÛ CHI laøm COMPOST. Ño haøm löôïng caùc 2 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại chaát dinh döôõng trong saûn phaåm, boå sung dinh döôõng ñeå taïo ra saûn phaåm phaân boùn sinh hoïc ñaït tieâu chuaån hieän nay vaø coù theå ñem baùn ra thò tröôøng. I.3 Noäi dung ñeà taøi - Giôùi thieäu chung veà ñeà taøi. - Giôùi thieäu veà tình hình raùc thaûi hieän nay vaø ñeà xuaát bieän phaùp xöû lyù. - Ñaëc ñieåm caùc loaïi VSV phaân huûy raùc. - Qui trình coâng ngheä saûn xuaát COMPOST töø raùc thaûi baèng VSV phaân huûy. - Phaân tích caùc yeáu toá aûnh höôûng. - Xaùc ñònh haøm löôïng dinh döôõng, boå sung dinh döôõng cho ñaït tieâu chuaån. I.4 Giôùi haïn cuûa ñeà taøi Ñeà taøi chæ taäp trung ñeán qui trình coâng ngheä ñeå saûn xuaát COMPOST, caùc yeáu toá aûnh höôûng vaø caùc taùc nhaân sinh hoïc, khoâng ñeà caäp ñeán thieát keá kyõ thuaät coâng trình, khoâng ñeà caäp ñeán baûn veõ. Qui trình xöû lyù raùc thaûi sinh hoaït, chuû yeáu laø raùc höõu cô, khoâng ñeà caäp ñeán caùc loaïi raùc thaûi khaùc. Ñeà taøi chæ taäp trung vaøo giai ñoaïn phaân huûy sinh hoïc, caùc böôùc cô baûn ban ñaàu nhö taùch löïa, baêm raùc, saøng loïc laøm hoaøn toaøn baèng thuû coâng. 3 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Chöông 2: TOÅNG QUAN TAØI LIEÄU II.1 Khaùi nieäm Compost, con ñöôøng hình thaønh: II.1.1 Ñònh nghóa COMPOST: UÛ compost ñöôïc hieåu laø quaù trình phaân huûy sinh hoïc hieáu khí caùc chaát thaûi höõu cô deã phaân huûy sinh hoïc ñeán traïng thaùi oån ñònh döôùi söï taùc ñoäng vaø kieåm soaùt cuûa con ngöôøi, saûn phaåm gioáng nhö muøn ñöôïc goïi laø compost. Quaù trình dieãn ra chuû yeáu gioáng nhö phaân huûy trong töï nhieân, nhöng ñöôïc taêng cöôøng vaø taêng toác bôûi toái öu hoùa caùc ñieàu kieän moâi tröôøng cho hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät Lòch söû quaù trình uû compost ñaõ coù töø raát laâu, ngay töø khi khai sinh cuûa noâng nghieäp haøng nghìn naêm tröôùc Coâng nguyeân, ghi nhaän taïi Ai Caäp töø 3.000 naêm tröôùc Coâng nguyeân nhö laø moät quaù trình xöû lyù chaát thaûi noâng nghieäp ñaàu tieân treân theá giôùi. Ngöôøi Trung Quoác ñaõ uû chaát thaûi töø caùch ñaây 4.000 naêm, ngöôøi Nhaät ñaõ söû duïng compost laøm phaân boùn trong noâng nghieäp töø nhieàu theá kyû. Tuy nhieân ñeán naêm 1943, quaù trình uû compost môùi ñöôïc nghieân cöùu moät caùch khoa hoïc vaø baùo caùo bôûi Giaùo sö ngöôøi Anh, Sir Albert Howard thöïc hieän taïi AÁn Ñoä. Ñeán nay ñaõ coù nhieàu taøi lieäu vieát veà quaù trình uû compost vaø nhieàu moâ hình coâng ngheä uû compost quy moâ lôùn ñöôïc phaùt trieån treân theá giôùi. Compost laø saûn phaåm giaøu chaát höõu cô vaø coù heä vi sinh vaät dò döôõng phong phuù, ngoaøi ra coøn chöùa caùc nguyeân toá vi löôïng coù lôïi cho ñaát vaø caây troàng. Saûn phaåm compost ñöôïc söû duïng chuû yeáu laøm phaân boùn höõu cô trong noâng nghieäp hay caùc muïc ñích caûi taïo ñaát vaø cung caáp dinh döôõng caây troàng. Ngoaøi ra, compost coøn ñöôïc bieát ñeán trong nhieàu öùng duïng, nhö laø caùc saûn phaåm sinh hoïc trong vieäc xöû lyù oâ nhieãm moâi tröôøng, hay caùc saûn phaåm dinh döôõng, chöõa beänh cho vaät nuoâi vaø caây troàng. 4 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Phöông phaùp öùng duïng vi sinh vaät raát quan troïng trong quaù trình uû compost. Thöïc teá, heä vi sinh vaät caàn thieát cho quaù trình uû compost ñaõ coù saün trong vaät lieäu höõu cô, töï thích nghi vaø phaùt trieån theo töøng giai ñoaïn cuûa quaù trình uû compost. Caùc thaønh phaàn boå sung thoâng thöôøng coù theå laø saûn phaåm sau uû compost hay caùc thaønh phaàn giuùp ñieàu chænh dinh döôõng (C/N). Vieäc boå sung caùc cheá phaåm coù baûn chaát laø vi sinh vaät ngoaïi lai hay enzyme laø khoâng caàn thieát maø vaãn coù theå uû compost thaønh coâng. Kieåm soaùt toát caùc ñieàu kieän moâi tröôøng aûnh höôûng tôùi hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät chính laø nhaân toá quyeát ñònh söï thaønh coâng cuûa quaù trình uû compost. Kieåm soaùt toát quaù trình uû compost cuõng giuùp giaûm phaùt sinh muøi oâ nhieãm vaø loaïi boû caùc maàm vi sinh vaät gaây beänh. Vì vaäy caùc giaûi phaùp kyõ thuaät trong coâng ngheä uû compost hieän ñaïi ñeàu höôùng tôùi muïc tieâu kieåm soaùt toái öu caùc ñieàu kieän moâi tröôøng cuøng vôùi khaû naêng vaän haønh thuaän tieän. Ñaëc ñieåm caàn löu yù ñoái vôùi uû compost töø chaát thaûi raén ñoâ thò laø phaân loaïi ñeå loaïi boû caùc kim loaïi naëng hay caùc hoùa chaát ñoäc haïi khaùc vì chuùng caûn trôû quaù trình chuyeån hoùa vaø coù nguy cô gaây oâ nhieãm cho saûn phaåm compost. II.1.2 Muïc ñích cuûa quaù trình COMPOST: OÅn ñònh chaát thaûi: caùc phaûn öùng sinh hoïc xaûy ra trong quaù trình COMPOST seõ chuyeån hoùa caùc chaát höõu cô deã thoái röõa sang daïng oån ñònh chuû yeáu laø caùc chaát voâ cô ít gaây oâ nhieãm moâi tröôøng khi thaûi ra ñaát hoaëc nöôùc. Laøm maát hoaït tính cuûa VSV: nhieät cuûa chaát thaûi sinh ra töø quaù trình phaân huûy sinh hoïc coù theå ñaït khoaûng 50 - 600C, ñuû ñeå laøm maát hoaït tính cuûa vi khuaån gaây beänh, virus coù haïi neáu nhö nhieät ñoä naøy ñöôïc duy trì ít nhaát 3 ngaøy. Do doù, caùc saûn phaåm cuûa quaù trình COMPOST coù theå loaïi boû an toaøn treân ñaát söû duïng laøm chaát boå sung dinh döôõng cho ñaát. Thu hoài dinh döôõng vaø caûi taïo ñaát: Caùc chaát dinh döôõng (N,P,K) coù trong chaát thaûi thöôøng ôû daïng höõu cô phöùc taïp, caây troàng khoù haáp thuï. Sau quaù trình COMPOST 5 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại caùc chaát naøy ñöôïc chuyeån hoùa thaønh caùc chaát voâ cô nhö NO 3- vaø PO4 thích hôïp cho caây troàng. Söû duïng saûn phaåm cuûa quaù trình cheá bieán COMPOST boå sung dinh döôõng voâ cô toàn taïi chuû yeáu döôùi daïng khoâng tan. Theâm vaøo ñoù, lôùp ñaát troàng cuõng ñöôïc caûi tieán neân giuùp reã caây phaùt trieån toát hôn. Taêng khaû naêng khaùng beänh cho caây troàng: ñaõ coù nhieàu nghieân cöùu treân theá giôùi chöùng minh söï taêng khaû naêng khaùng beänh cuûa caây ñöôïc troàng trong ñaát coù boùn COMPOST. Cho ñeán nay, ôû Vieät Nam COMPOST chöa ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong noâng nghieäp. Vôùi haøm löôïng dinh döôõng cao deã haáp thuï vaø chuûng loaïi VSV ña daïng, phaân höõu cô khoâng nhöõng laøm taêng naêng suaát caây troàng maø coøn coù khaû naêng khaùng beänh cao. II.1.3 Ñoäng hoïc quaù trình COMPOST Quaù trình chuyeån hoùa sinh hoïc hieáu khí CTR coù theå bieåu dieãn moät caùch toång quaùt theo phöông trình sau: Vi sinh vaät Chaát höõu cô + O2 + Dinh döôõng  Teá baøo môùi + Chaát höõu cô khoù phaân huûy + CO2 + H2O + NH3 + SO4 2- + …. + Nhieät. Neáu chaát höõu cô coù trong CTR ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng C aHbOcNd, söï taïo thaønh teá baøo môùi vaø sulfate khoâng ñaùng keå vaø thaønh phaàn cuûa vaät lieäu khoù phaân huûy coøn laïi ñöôïc ñaëc tröng bôûi CwHxOyNz thì löôïng oxy caàn thieát cho quaù trình oån ñònh hieáu khí caùc chaát höõu cô coù khaû naêng phaân huûy sinh hoïc cuûa CTR ñoâ thò coù theå ñöôïc öôùc tính theo phöông trình phaûn öùng sau: CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2  nCwHxOyNz + sCOz + rH2O + (d – nx)NH3 Trong ñoù: r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)] s = a – nw 6 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại CaHbOcNd vaø CwHxOyNz bieåu dieãn thaønh phaàn phaân töû thöïc nghieäm cuûa chaát höõu cô ban ñaàu vaø sau khi keát thuùc quaù trình. Neáu quaù trình chuyeån hoùa xaûy ra hoaøn toaøn, phöông trình bieåu dieãn coù daïng nhö sau: 4a + b – 2c – 3d CaHbOcNd + ____________ O2  b – 3d aCO2 + _____ H2O + dNH3 4 2 Trong nhieàu tröôøng hôïp, amonia sinh ra töø quaù trình oxy hoùa caùc hôïp chaát höõu cô bò tieáp tuïc oxy hoùa thaønh nitrat (quaù trình nitrat hoùa). Löôïng oxy caàn thieát ñeå oxy hoùa amonia thaønh nitrat coù theå tính theo phöông trình sau: NH3 + 3/2 O2  HNO3 + H2O HNO2 + ½O2  HNO3 __________________________ NH3 + 2O2  H2O + HNO3 Nhö vaäy, trong quaù trình phaân huûy sinh hoïc hieáu khí, saûn phaåm taïo thaønh khoâng coù maët CH4. Hay noùi caùch khaùc, trong tröôøng hôïp naøy toác ñoä phaân huûy ñöôïc xaùc ñònh döïa treân haøm löôïng chaát höõu cô coøn laïi theo thôøi gian phaân huûy vaø ñöôïc bieåu dieãn nhö sau: Caùc Phaûn ÖÙng Hoùa Sinh Quaù trình phaân huûy chaát thaûi xaûy ra raát phöùc taïp, theo nhieàu giai ñoaïn vaø saûn phaåm trung gian. Ví duï quaù trình phaân huûy protein bao goàm caùc böôùc: Protein  peptodes  amino acids  hôïp chaát ammonium  nguyeân sinh chaát cuûa vi khuaån vaø N hoaëc NH3. Ñoái vôùi carbonhydrats, quaù trình phaân huûy xaûy ra theo caùc böôùc nhö sau: 7 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Carbonhydrate  ñöôøng ñôn  acid höõu cô  CO2 vaø nguyeân sinh chaát cuûa vi khuaån. Chính xaùc nhöõng chuyeån hoùa hoùa sinh xaûy ra trong quaù trình composting vaãn chöa ñöôïc nghieân cöùu chi tieát. Caùc giai ñoaïn khaùc nhau trong quaù trình laøm compost coù theå phaân bieät theo bieán thieân nhieät ñoä nhö sau: 1. Pha thích nghi (latent phase) laø giai ñoaïn caàn thieát ñeå vi sinh vaät thích nghi vôùi moâi tröôøng môùi; 2. Pha taêng tröôûng (growth phase) ñaëc tröng bôûi söï gia taêng nhieät ñoä do quaù trình phaân huûy sinh hoïc ñeán ngöôõng nhieät ñoä mesophilic; 3. Pha öa nhieät (thermophilic phase) laø giai ñoaïn nhieät ñoä taêng cao nhaát. Ñaây laø giai ñoaïn oån ñònh hoùa chaát thaûi vaø tieâu dieät vi sinh vaät gaây beänh hieäu quaû nhaát. Phaûn öùng hoùa sinh naøy ñöôïc ñaëc tröng baèng caùc phöông trình (1) vaø (2) trong tröôøng hôïp laøm compost hieáu khí vaø kò khí nhö sau: COHNS + O2 + VSV hieáu khí  CO2 + NH3 + Saûn phaåm khaùc + Naêng löôïng (1) CHONS + VSV kî khí  CO2 + H2S + NH3 + CH4 + Saûn phaåm khaùc + Naêng löôïng(2) 4. Pha tröôûng thaønh (maturation phase) laø giai ñoaïn giaûm nhieät ñoä ñeán möùc mesophilic vaø cuoái cuøng baèng nhieät ñoä moâi tröôøng. Quaù trình leân men laàn thöù hai xaûy ra chaäm vaø thích hôïp cho söï hình thaønh caùc keo muøn (laø quaù trình chuyeån hoùa caùc phöùc chaát höõu cô thaønh chaát muøn) vaø caùc chaát khoaùng (saét, canxi, nitô,…) vaø cuoái cuøng thaønh muøn. Caùc phaûn öùng nitrate hoùa, trong ñoù ammonia (saûn phaåm phuï cuûa quaù trình oån ñònh hoùa chaát thaûi bò oxy hoùa sinh hoïc taïo thaønh nitrit (NO2 -) vaø cuoái cuøng thaønh nitrate (NO3-) cuõng xaûy ra nhö sau: Nitrosomonas bacteria NH4 + + 3/2 O2 ------------------------------------- NO2 - + 2H+ + H2O (3) Nitrobactor bacteria NO2- + ½ O2 ------------------------------------- NO3 8 (4) LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Keát hôïp hai phaûn öùng (3) vaø (4), quaù trình nitrate hoùa xaûy ra theo phöông trình phaûn öùng sau: NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O (5) Vì NH4+ cuõng ñöôïc toång hôïp trong moâ teá baøo, phaûn öùng ñaëc tröng cho quaù trình toång hôïp moâ teá baøo nhö sau: NH4+ + 4CO2 +HCO3- + H2O  C5H7O2N + 5O2 (6) Phöông trình phaûn öùng nitrate hoùa toång coäng xaûy ra nhö sau (keát hôïp phöông trình (5) vaø (6)): 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21NO3- + C5H7O2N + 20H2O + 42H+ Hình: Bieán thieân nhieät ñoä trong quaù trình Composting II.1.4 Caùc yeáu toá aûnh höôûng Bao goàm nhieät ñoä, ñoä aåm, pH, kích thöôùc nguyeân lieäu vaø nguoàn ñaïm trong nguyeân lieäu. II.1.4.1 Nhieät ñoä: Nhieät ñoä laø moät yeáu toá quan troïng aûnh höôûng ñeán hoaït tính cuûa VSV trong quaù trình COMPOST. Haàu heát caùc taøi lieäu cho thaáy neân duy trì nhieät ñoä 55-60 0C trong 9 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại luoáng uû COMPOST vì ôû nhieät ñoä naøy quaù trình cheá bieán COMPOST vaãn coù hieäu quaû vaø maàm beänh bò tieâu dieät. Nhieät ñoä taêng treân ngöôõng naøy seõ öùc cheá hoaït ñoäng cuûa VSV. Tuy nhieân ôû nhieät ñoä thaáp hôn nhieät ñoä treân, COMPOST khoâng ñaït tieâu chuaån veà maàm beänh. Nhieät ñoä trong luoáng uû COMPOST coù theå ñieàu chænh baèng nhieàu caùch khaùc nhau nhö hieäu chænh toác ñoä thoåi khí vaø ñoä aåm coâ laäp khoái phaân vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi baèng caùch che phuû hôïp lyù. II.1.4.2 Nöôùc vaø ñoä aåm: Nöôùc vaø ñoä aåm raát quan troïng vaø aûnh höôûng raát lôùn ñeán quaù trình COMPOST. Neáu quaù aåm seõ gaây thieáu oxy, khoâng khí khoù loït qua ñoáng uû. Quaù khoâ seõ aûnh höôûng ñeán hoaït ñoäng VSV vì VSV caàn ñoä aåm. Ñoä aåm toái öu cho quaù trình COMPOST khoaûng 50-60%. Ñoä aåm thaáp coù theå ñieàu chænh baèng caùch troän vaät lieäu ñoän coù ñoä aåm cao. Ñoä aåm cuûa phaân baéc, buøn, phaân ñoäng vaät thöôøng cao hôn giaù trò toái öu, do ñoù caàn boå sung theâm caùc chaát phuï gia ñeå giaûm ñoä aåm ñeán giaù trò caàn thieát. Ñoái vôùi heä thoáng laøm COMPOST vaän haønh lieân tuïc, ñoä aåm coù theå ñöôïc khoáng cheá baèng caùch tuaàn hoaøn saûn phaåm COMPOST nhö sô ñoà sau. Hình 5: Tuaàn hoaøn saûn phaåm COMPOST II.1.4.3 pH: 10 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại VSV caàn moät khoaûng pH toái öu ñeå hoaït ñoäng. pH toái öu khoaûng 6.5-8.0. Tuøy thuoäc vaøo thaønh phaàn tính chaát cuûa chaát thaûi, pH seõ thay ñoåi trong quaù trình COMPOST. II.1.4.4 Kích thöôùc nguyeân lieäu: Kích thöôùc nguyeân lieäu aûnh höôûng raát lôùn ñeán toác ñoä phaân huûy. Quaù trình phaân huûy hieáu khí xaûy ra treân beà maët haït, haït coù kích thöôùc nhoû seõ coù toång dieän tích beà maët lôùn neân seõ taêng söï tieáp xuùc vôùi oxy, coù theå laøm taêng vaän toác phaân huûy trong moät khoaûng ñoä xoáp nhaát ñònh, vì haït quaù nhoû seõ coù ñoä xoáp thaáp öùc cheá vaän toác phaân huûy. Haït coù kích thöôùc quaù lôùn seõ coù ñoä xoáp cao vaø coù theå tao ra caùc keânh thoåi khí laøm cho söï phaân boå khí khoâng ñoàng ñeàu, khoâng coù lôïi cho quaù trình COMPOST aûnh höôûng ñeán chaát löôïng cheá bieán phaân boùn. Kích thöôùc haït toái öu cho quaù trình cheá bieán trong khoaûng ñöôøng kính töø 350mm. Kích thöôùc haït coù theå ñaït toái öu baèng caùch caét, nghieàn, hoaëc saøng vaät lieäu thoâ ban ñaàu. Chaát thaûi raén sinh hoaït vaø chaát thaûi noâng nghieäp phaûi ñöôïc nghieàn ñeán kích thöôùc thích hôïp tröôùc khi laøm phaân. Phaân baéc, buøn vaø phaân ñoäng vaät thöôøng coù kích thöôùc haït mòn, thích hôïp cho quaù trình phaân huûy sinh hoïc. II.1.4.5 Nguoàn ñaïm trong nguyeân lieäu: Thoâng soá dinh döôõng quan troïng nhaát laø tæ leä C/N, nhu caàu N trong nguyeân lieäu laøm COMPOST chieám khoaûng 2-4% C ban ñaàu, hay noùi caùch khaùc tæ leä C/N khoaûng 25/1. Trong thöïc teá, vieäc tính toaùn vaø hieäu chænh chính xaùc tæ soá C/N toái öu gaëp khoù khaên vì nhöõng lyù do sau: -Moät phaàn caùc chaát C nhö Cellulose vaø Lignin khoù phaân huûy sinh hoïc, chæ bò phaân huûy sau moät thôøi gian daøi. -Moät soá chaát dinh döôõng caàn thieát cho VSV khoâng saün coù. 11 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại -Quaù trình coá ñònh N coù theå xaûy ra döôùi taùc duïng cuûa nhoùm vi khuaån Azotobacter, ñaëc bieät khi coù maët ñuû PO43-. -Phaân tích haøm löôïng C khoù ñaït keát quaû chính xaùc. Neáu tæ leä C/N cuûa vaät lieäu laøm COMPOST cao hôn giaù trò toái öu seõ haïn cheá söï phaùt trieån cuûa VSV do thieáu N. Chuùng phaûi traûi qua nhieàu chu trình chuyeån hoùa, oxy hoùa phaàn C dö khi ñaït tæ leä C/N ban ñaàu laø 20-50 thôøi gian caàn thieát laø 14 ngaøy vaø tæ leä C/N = 78, thôøi gian caàn thieát laø 21 ngaøy. ÔÛ tæ leä C/N thaáp (nhö phaân baéc vaø buøn) N seõ thaát thoaùt döôùi daïng NH 3, ñaëc bieät ôû ñieàu kieän nhieät ñoä cao, coù thoåi khí. II.2 Tình hình saûn xuaát Compost hieän nay treân theá giôùi vaø VN II.2.1 Tình hình saûn xuaát Compost hieän nay treân theá giôùi Caùc moâ hình coâng ngheä uû compost quy moâ lôùn hieän nay treân theá giôùi ñöôïc phaân loaïi theo nhieàu caùch khaùc nhau. Theo traïng thaùi cuûa khoái uû compost tónh hay ñoäng, theo phöông phaùp thoâng khí khoái uû cöôõng böùc hay töï nhieân, coù hay khoâng ñaûo troän. Döïa treân ñaëc ñieåm, heä thoáng uû compost laïi ñöôïc chia thaønh heä thoáng môû vaø heä thoáng kín, lieân tuïc hay khoâng lieân tuïc. Moâ hình uû compost heä thoáng môû phoå bieán nhaát laø caùc phöông phaùp uû luoáng tónh, luoáng ñoäng coù keát hôïp thoâng khí cöôõng böùc hoaëc ñaûo troän theo chu kyø. Nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng môû laø chòu aûnh höôûng bôûi thôøi tieát vaø thôøi gian uû coù theå keùo daøi, thöôøng chæ aùp duïng ôû quy moâ noâng tröôøng, trang traïi coù dieän tích maët baèng lôùn, xa khu ñoâ thò. Ñoái vôùi uû compost quy moâ coâng nghieäp trong caùc nhaø maùy lôùn, hieän nay treân theá giôùi thöôøng aùp duïng moâ hình uû compost heä thoáng kín (hay heä thoáng coù thieát bò chöùa) giuùp khaéc phuïc ñöôïc caùc nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng môû, vaän haønh vaø kieåm soaùt quaù trình thuaän tieän. Thoâng thöôøng heä thoáng uû compost kín hieän ñaïi ñöôïc thieát keá hoaït ñoäng lieân tuïc, khí thaûi ñöôïc xöû lyù baèng phöông phaùp loïc sinh hoïc (biofilter). 12 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Caùc moâ hình coâng ngheä uû compost heä thoáng kín thöôøng ñöôïc phaân loaïi theo nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa thieát bò döïa treân caáu truùc vaø chuyeån ñoäng cuûa doøng vaät lieäu. Caùc moâ hình coâng ngheä phoå bieán nhaát laø: II.2.1.1 Kieåu DANO (Phoå bieán ôû ÑAN MAÏCH) - Thieát bò hình truï, quay vôùi toác ñoä 1 voøng/1 phuùt. - Nhieät ñoä coù theå leân treân 600C - Cung caáp khoâng khí baèng quaït thoåi. - Raùc ñöôïc löu trong thieát bò töø 3 ñeán 5 ngaøy, sau ñoù tieáp tuïc ñöôïc uû 30 ñeán 60 ngaøy. Hình: Sô ñoà coâng ngheä kieåu DANO II.2.1.2 Kieåu JERSEY Raùc thaûi ñöôïc chuyeån töø taàng cao xuoáng thaáp, moãi ngaøy moät taàng. Kieåu uû naøy aùp duïng vôùi raùc thaûi sinh hoaït, quaù trình uû hieáu khí. 13 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Hình: Sô ñoà qui trình uû kieåu JERSEY II.2.1.3 COMPOSTING hieáu khí cöôõng böùc Hay coøn goïi laø phöông phaùp BARC (Beltsville Aerated Rapid Composting), phöông phaùp naøy hieäu quaû hôn, baûo quaûn nhieät ñoä lôùn hôn caùc phöông phaùp thoâng thöôøng, vì vaäy tieâu dieät ñöôïc phaàn lôùn caùc vi sinh vaät gaây beänh. Kích thöôùc: L x W x H = 12 x 6 x 2,5 m Nhieät ñoä 60 – 800C, thôøi gian töø 3 ñeán 5 ngaøy, duy trì uû 10 ngaøy. II.2.1.4 Kieåu TRUNG QUOÁC Phöông phaùp naøy uû khoâng ñaûo troän, thoâng khí baèng oáng ñuïc loã, sau 2 ñeán 3 ngaøy thì phuû traáu. Thôøi gian uû 60 ngaøy. II.2.1.5 Kieåu WINDROW Phöông phaùp naøy ñaûo troän lieân tuïc ñeå cung caáp khí vaø ñeå troàn ñeàu nguyeân lieäu, ñaåy nhanh toác ñoä phaân huûy. Thôøi gian töø 20 ñeán 40 ngaøy, nhieät ñoä taâm khoái uû khoaûng 650C. Kích thöôùc: L x W x H = 13 x 3 x 1,5 m II.2.2 Caùc moâ hình coâng ngheä taïi Vieät Nam Taïi Vieät Nam, moät soá moâ hình xöû lyù chaát thaûi raén ñoâ thò quy moâ lôùn cuõng ñaõ ñöôïc ñaàu tö trong nhöõng naêm gaàn ñaây. Trong ñoù coù caùc döï aùn söû duïng nguoàn voán cuûa Nhaø nöôùc vaø ODA, ñieån hình nhö taïi Caàu Dieãn - TP. Haø Noäi (naêm 2002) aùp duïng coâng ngheä cuûa Taây Ban Nha vaø taïi TP. Nam Ñònh (naêm 2003) aùp duïng coâng ngheä cuûa Phaùp. Moät soá döï aùn söû duïng nguoàn voán tö nhaân ñeàu aùp duïng coâng ngheä trong nöôùc nhö taïi Thuûy Phöông - TP. Hueá (naêm 2004) aùp duïng coâng ngheä An Sinh - ASC, taïi Ñoâng 14 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Vinh - TP. Vinh (naêm 2005) vaø TX. Sôn Taây - tænh Haø Taây (ñang chaïy thöû nghieäm) aùp duïng coâng ngheä Seraphin. Trong ñoù, caùc moâ hình coâng ngheä uû compost aùp duïng ôû ñaây coù theå chia thaønh caùc loaïi hình cô baûn nhö sau: II.2.2.1 Moâ hình uû compost kieåu chia oâ khoâng lieân tuïc Moâ hình uû compost heä thoáng nöûa môû, kieåu chia oâ khoâng lieân tuïc taïi Caàu Dieãn, Nam Ñònh, Thuûy Phöông. Thoâng thöôøng heä thoáng ñöôïc ñieàu khieån thoâng khí töï ñoäng. Noùi chung, caùc moâ hình uû compost kieåu naøy ñeàu ôû caáp ñoä ñôn giaûn, vaãn coøn nhöõng nguy cô phaùt sinh muøi oâ nhieãm do heä thoáng chöa kheùp kín. Hình: Sô ñoà coâng ngheä taïi CAÀU DIEÃN * Öu ñieåm: - Chi phí ñaàu tö ban ñaàu thaáp thaáp. - Coâng ngheä ñôn giaûn, deã vaän haønh vaø söûa chöõa. - Trình ñoä cuûa coâng nhaân khoâng caàn cao. * Nhöôïc ñieåm: 15 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại - Khaâu phaân loaïi chöa toát, coøn laãn nhieàu taïp chaát aûnh höôûng khoâng toát ñeán caùc khaâu sau naøy cuûa coâng ngheä. Coøn laøm thuû coâng nhieàu. - Möùc ñoä cô giôùi hoùa, töï ñoäng chöa cao neân hieäu suaát xöû lyù chöa cao. - Do coøn thuû coâng nhieàu neân coâng nhaân tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi moâi tröôøng ñoäc haïi, gaây aûnh höôûng söùc khoûe coâng nhaân. II.2.2.2 Moâ hình uû compost kieåu luoáng Moâ hình uû compost kieåu luoáng ñoäng trong nhaø kín taïi Ñoâng Vinh ñöôïc thieát keá hoaït ñoäng lieân tuïc, ñaûo troän theo chu kyø ngaén. Trong ñoù hoãn hôïp nguyeân lieäu höõu cô ñöôïc ñöa tôùi ñaàu vaøo cuûa heä thoáng, vaän chuyeån lieân tuïc trong quaù trình uû baèng caùch ñaûo troän vaø sau cuøng saûn phaåm ñöôïc laáy ra ôû ñaàu cuoái cuûa heä thoáng. Toaøn boä quaù trình uû compost ôû ñaây ñöôïc thöïc hieän trong nhaø kín coù thieát keá thoâng khí vaø xöû lyù khí thaûi baèng “biofilter”. Luoáng uû ñöôïc thieát keá vôùi kích thöôùc lôùn vaø lieân tuïc giuùp tieát kieäm dieän tích maët baèng, deã vaän haønh. Moâ hình uû luoáng ñoäng cuõng ñöôïc aùp duïng taïi nhaø maùy xöû lyù raùc Nam Thaønh Ninh Thuaän. Nguyeân lieäu chuû yeáu laø raùc thaûi sinh hoaït. Nguoàn raùc thaûi naøy ñöôïc coâng ty tröïc tieáp thu gom taïi thaønh phoá Phan Rang Thaùp Chaøm vaø caùc khu vöïc laân caän vôùi khoái löôïng trung bình töø 100-150 taán / 1ngaøy. Raùc seõ ñöôïc vaän chuyeån taäp trung veà nhaø maùy. Taïi ñaây, raùc thaûi sinh hoaït ñöôïc phaân loaïi, xöû lyù vaø cheá bieán thaønh COMPOST phuïc vuï cho saûn xuaát noâng nghieäp. Khoái löôïng vaø thaønh phaàn nguoàn nguyeân lieäu ñaàu vaøo cuûa quaù trình saûn xuaát COMPOST cuûa coâng ty ñöôïc trình baày trong baûng döôùi ñaây: Nguyeân phuï lieäu Raùc thaûi sinh hoaït Men khöû muøi Men ñaëc chuûng phaân Loaïi Chöa phaân loaïi NTC khöû muøi NTC Protect huûy höõu cô 16 Khoái löôïng 100-150 taán/1 ngaøy 90 – 120 lit/1 ngaøy 180 – 240 lit/ 1 ngaøy LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Men ñaëc chuûng cheá bieán phaân boùn NTC KB Tuøy theo soá löôïng saûn xuaát Nguoàn: Soá lieäu töø coâng ty Nam Thaønh 17 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Baûng thaønh phaàn caùc chaát coù trong raùc thaûi sinh hoaït taïi Ninh Thuaän: STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thaønh phaàn % Khoái löôïng Chaát höõu cô 65 - 95 Giaáy 0.05 - 25 Catton 0 - 0.01 Vaûi 0-5 Nilon 1.5 - 17.5 Nhöïa cöùng 0 - 0.1 Da 0 - 0.05 Goã 0 - 3.5 Cao su meàm 0 - 1.5 Cao su cöùng 0 - 0.01 Lon, ñoà hoäp 0 - 0.06 Kim loaïi maøu 0 - 0.03 Saét 0 - 0.01 Thuûy tinh 0 - 1.3 Saønh, söù 0 - 1.4 Xaø baàn, tro 0 - 6.1 Nguoàn: soá lieäu töø coâng ty Nam Thaønh 18 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại Hình: Qui trình coâng ngheä cuûa coâng ty Nam Thaønh Ninh Thuaän Töø nhaø tieáp nhaän, raùc theo baêng taûi vaø ñöôïc phaân loaïi sô boä laàn 1 (thuû coâng) ñeå taùch caùc vaät theå coù kích thöôùc lôùn, sau ñoù raùc ñöôïc ñöa vaøo maùy ñaäp (xöôûng 1) ñeå 19 LVTN: Sử dụng chủng PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy rác hữu cơ làm COMPOST SVTH: Nguyễn Duy Đại xeù caùc tuùi ñöïng raùc, nghieàn vaø taùch sô boä caùc vaät theå nhö gaïch, caùt, vaø caùc loaïi voû chai, sau ñoù raùc theo baêng chuyeàn qua heä thoáng taùch töø, thu saét vuïn, taùch gioù thu nilon. Taïi xöôûng 1, raùc tieáp tuïc ñöôïc phun vi sinh khöû muøi, theo heä thoáng baêng chuyeàn ñeán xöôûng 2 ñeå taùch löïa laàn 2, söû duïng thieát bò nhö saøng loàng, taùch töø, taùch gioù, taùch thuû coâng vaø saøng caùt loaïi boû caùc vaät theå raén khoâng phaân huûy nhö xaø baàn, caùt, thuûy tinh… vaø thu ñöôïc saét vuïn, nilon, höõu cô. Sau giai ñoaïn phaân loaïi laàn 2, raùc thaûi töông ñoái ñoàng nhaát (thaønh phaàn höõu cô chieám tæ leä cao hôn nhieàu so vôùi raùc ban ñaàu) vaät theå raén khoâng taùi saûn xuaát ñöôïc nhö xaø baàn, caùt, thuûy tinh seõ ñöôïc mang ñi choân laáp hôïp veä sinh vaø ñuùng qui ñònh. Caùc vaät theå taùi söû duïng ñöôïc ñöa vaøo kho pheá lieäu ñeå baùn cho caùc cô sôû taùi saûn xuaát. Coøn caùc loaïi nhöïa, haït nhöïa ñeå saûn xuaát caùc loaïi bao bì. Taát caû caùc loaïi raùc höõu cô sau phaân loaïi theo baêng chuyeàn seõ ñöôïc phun vi sinh phaân huûy vi sinh khaùng beänh, tieáp theo söû duïng xe cô giôùi chuyeån vaøo haàm uû. Taïi haàm uû tieáp tuïc phun boå sung vi sinh phaân huûy khöû muøi, khaùng beänh (phun khi xe cô giôùi ñoå raùc vaøo haàm). Tröôùc khi tieáp nhaän raùc vaøo haàm uû, toå kyõ thuaät kieåm tra caùc chæ tieâu nhö ñoä aåm, taïp chaát (caùt, nilon, phi höõu cô khaùc neáu vöôït qui ñònh cho quay laïi taùch löïa). Thôøi gian uû trong haàm töø 20 - 30 ngaøy thì raùc thaûi ñaõ ñöôïc muøn hoùa, ñoä aåm ñaït töø 40 – 50%. Thôøi gian ñaàu cuûa quaù trình uû nöôùc töø khoái uû ræ ra vaø ñöôïc qui tuï vaøo caùc hoá thu gom treân haàm uû ñöôïc xöû lyù vaø söû duïng taïo aåm boå sung, trong quaù trình uû, tieán haønh ñaûo troän ñònh kyø baèng xe chuyeân duïng (raùc môùi uû ñaûo troän 10 ngaøy 1 laàn, raùc ñaõ uû ñöôïc moät thôøi gian thì ñaûo troän 5 ngaøy 1 laàn). Toå kyõ thuaät seõ kieåm tra caùc chæ tieâu theo qui ñònh, neáu khoâng ñaït phaûi xöû lyù. Khi raùc thaûi trong haàm uû ñaït caùc chæ tieâu vaø ñaõ muøn hoùa tieán haønh mang ra baõi uû chín, muïc ñích chính laø ñeå giaûm aåm töï nhieân, thôøi gian töø 15 ñeán 20 ngaøy. Toå kyõ 20