Đồ án Nghiên cứu sane xuất phân compost từ vỏ cà phê

, nên phương pháp sản xuất compost này khó có thể có chi phí đầu tư thích hợp. Mặc dù nếu đầu tư và yêu cầu trang thiết bị vừa phải có thể làm cho nó giảm bớt chi phí , nhưng vấn đề là phương pháp này chỉ xử lý tốt cho những chất thải có cấu tạo dạng hạt, kích thước hạt không quá 3-4cm và tương đối đồng đều. Nếu trong cơ chất có quá nhiều dạng hạt có kích thước to quá mức sẽ xuất hiện và phát triển những túi kỵ khí. Khuynh hướng này là hậu quả của không khí đi qua luống ủ compost (luồng khí thổi) không được phân phối đồng đều và di chuyển không đều. 3.6.1.2 Sản xuất compost dạng luống kiểu có đảo trộn (“turned windrow”) Hiện nay, mọi ý kiến đều nhất trí là phương pháp sản xuất compost dạng luống kiểu có đảo trộn xuất hiện sớm hơn kiểu (tĩnh) làm thoáng khí cưỡng bức. Như phần trước đã nêu, điểm riêng biệt của dạng luống kiểu có đảo trộn là làm thoáng khí bằng cách đảo trộn vật liệu trong luống theo chu kỳ, nghĩa là, giật luống đổ mạnh xuống sau đó dồn đống trở lại. Mặc dù lý do cơ bản của quá trình đảo trộn là làm thoáng khí, nhưng nó đồng thời còn có vai trò có ích khác. Thực vậy, nhờ đảo trộn, tất cả các phần của đống ủ compost theo định kỳ được tiếp xúc trực tiếp với phần bên trong của luống, đây chính là nơi diễn ra các hoạt động hết sức tích cực của vi khuẩn. Đảo trộn còn làm giảm kích thước hạt xuống nhỏ hơn. Đảo trộn làm đống ủ compost nhanh chóng bị mất nước. Việc này sẽ là ưu điểm nếu độ ẩm thừa, trái lại, nó sẽ là nhược điểm khi độ ẩm quá thấp. Xây dựng luống ủ compost Thông thường, mặt cắt 1 luống ủ compost cơ bản có hình nón. Tuy nhiên, một số điều kiện nhất định có thể làm thay đổi hình dạng này. Nếu có thay đổi, tốt nhất nên chọn hình dạng nào thích hợp nhất trong hoàn cảnh cụ thể đó. Vào mùa khô, gió lớn, tốt nhất nên thiết kế luống ủ compost có hình dạng giống như ổ bánh mì, với mặt trên phẳng, vì tỷ lệ “diện tích bề mặt tiếp xúc : thể tích” sẽ thấp hơn các dạng thiết kế khác. Tuy nhiên, vào mùa có mưa hay có tuyết, mặt trên bằng phẳng sẽ trở thành nhược điểm. Nếu đảo trộn bằng máy, thì hình dạng và kích thước của luống ủ compost phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị đảo trộn. Để tránh bị nén chặt, chiều cao của luống ủ compost không nên vượt quá 2,3m. Yêu cầu không gian cho việc đảo trộn Toàn bộ khoảng không gian cần để tiến hành quá trình đảo trộn có thể rất lớn. Nếu đảo trộn thủ công, diên tích yêu cầu khá lớn. Ngược lại, có 1 số loại thiết bị đảo trộn, diện tích yêu cầu rất nhỏ. Theo cách đảo trộn trong sơ đồ hình 2.10, diện tích yêu cầu để đảo trộn thủ công 1 luống ủ compost là 2-2,5 lần diện tích nguyên của luống ủ ban đầu. Đảo trộn thủ công trong ngày thứ hai đưa đống ủ trở lại vị trí ban đầu. Diện tích cần cho đảo trộn tiếp tục giữ nguyên như thế mỗi ngày cho đến khi vật liệu được phân hủy ổn định hoàn toàn. Hình 3.10: Quy trình đảo trộn những luống ủ compost bằng phương pháp thủ công Nếu đảo trộn bằng máy, yêu cầu không gian đảo trộn tùy thuộc vào loại thiết bị sử dụng. Như vậy, sẽ có những loại thiết bị mà không gian đảo trộn cần thiết rất nhỏ. Những thiết bị loại này thường được thiết kế với thân máy nằm bên trên luống ủ. Khi thiết bị chuyển động lên phía trước nó giật luống ủ ở phía dưới đổ xuống và sau đó dồn lại thành luống mới. Nhờ vậy, không gian đảo trộn đòi hỏi chỉ lớn hơn không gian đang sử dụng của luống compost 1 chút. Khoảng không gian thêm vào đó là để đặt thiết bị. Nếu không sử dụng thiết bị treo lơ lửng như trên mô tả thì không gian đảo trộn bằng máy có thể gần bằng với không gian cần trong đảo trộn thủ công. Nguyên nhân là do luống ủ mới tạo thành sau khi đảo trộn cần diện tích sát bên vi trí luống ủ vừa được giật xuống . Xây dựng lại luống ủ compost Hình thành luống ủ compost mới trong quá trình đảo trộn dĩ nhiên là cần thiết để làm cho những mầm bệnh có thể đang tồn tại trong đống ủ compost bị tiêu diệt. Hơn nữa, khi hình thành luống ủ mới, các thành phần trong vật liệu cũng có khả năng được phân bố đồng đều hơn. Bởi vì khi xây dựng lại luống ủ đã bị giật xuống, lớp vật liệu ngoài cùng của đống ủ đã đổ xuống trở thành phần phía trong của luống ủ mới. Trong một số trường hợp nhất định, ví dụ như do thiết kế của thiết bị đảo trộn, luống ủ compost không thể đảo ngược vị trí trong tất cả các lần đảo trộn khi đó để bù lại một phần, người ta tăng tần suất đảo trộn. Ví dụ như có thể nâng số lần đảo trộn lên 2-3 lần đảo trộn/ngày. Tần suất đảo trộn Theo lý thuyết, số lần đảo trộn phải làm sao đạt được các yêu cầu sau: 1) cung cấp oxy đầy đủ, và 2) tiêu diệt tất cả những mầm bệnh. Tuy nhiên, trong thực tế, vì những lý do kinh tế và kỹ thuật, người ta buộc phải dung hòa giữa thực tế và lý thuyết. Để đáp ứng nhu cầu oxy, tần suất đảo trộn tùy thuộc vào thể tích lỗ xốp có trong đống ủ compost. Thể tích lỗ xốp có trong đống ủ phụ thuộc vào độ xốp và độ ẩm của đống ủ compost. Thể tích lỗ xốp nói chung lại phụ thuộc vào sự bền vững trong liên kết giữa các hạt trong luống ủ và khả năng giữ nguyên vẹn lỗ xốp. Do đó, vật liệu càng khô, lên kết giữa các hạt càng bền chắc, thì số lần đảo trộn cần càng ít. Yếu tố có khả năng làm thay đổi tần suất đảo trộn là tốc độ phân hủy được người vận hành yêu cầu, vì sự thông khí làm ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy. Nếu như không có sự ảnh hưởng của các yếu tố khác, tốc độ phân hủy tăng khi độ thông khí tăng cao, và độ thông khí tăng cao mãnh liệt khi tần suất đảo trộn tăng. Kinh nghiệm thực tế cho thấy tốc độ của quá trình ủ compost có thể nhanh hơn nếu đạt được 2 tổ hợp điều kiện như sau: Thứ nhất là sử dụng cơ chất: 1) cung cấp đủ chất dinh dưỡng cho vi khuẩn hoạt động; 2) có vật liệu có hàm lượng chất xơ cao, chẳng hạn như cỏ khô, lá khô, dăm bào, mùn cưa, hay giấy; 3) Độ ẩm khoảng 60%. Thứ hai là quy hoạch đảo trộn sao cho: lần đảo trộn đầu tiên bắt đầu vào ngày thứ 3 kể từ khi xây dựng xong đống ủ compost, sau đó thực hiện tiếp bốn lần đảo trộn giống như vậy, nghĩa là, mỗi ngày một lần. Sau lần đảo trộn thứ tư, chỉ cần 4 ngày đảo trộn một lần hoặc 5 ngày đảo trộn 1 lần. Hai tổ hợp điều kiện vừa nêu thường không ứng dụng được cho sản xuất compost từ MSW và bùn thải. Khi tần suất đảo trộn nhiều, ví dụ: mỗi ngày 1 lần, thường có thể làm giảm bớt sự phát thải mùi thối rửa, bởi vì những mùi như vậy là dấu hiệu của quá trình phân hủy kỵ khí. Chế độ đảo trộn mỗi ngày một lần cũng có thể giúp độ ẩm thừa trong luống ủ compost giảm nhanh hơn. Đảo trộn thủ công Đảo trộn thủ công là một phương pháp rất thích hợp cho bất cứ nơi nào sản xuất compost quy mô nhỏ, nhưng nó phù hợp nhất ở những khu vực có thừa lao động chân tay. Công cụ dùng để đảo trộn thủ công thiết thực nhất là cái chĩa. Có một số nhân tố chính phải nhớ khi đảo trộn đống ủ bằng thủ công. Chiều cao của đống ủ không nên vượt quá chiều cao trung bình của 1 người lao động. Khi thiết kế luống ủ compost phải tính toán đủ không gian cho phép hình thành đống ủ mới trong khi làm thoáng. Khi đảo trộn hình thành đống ủ mới, nhớ lưu ý đưa lớp vật liệu ngoài cùng của đống ủ cũ vào phía bên trong đống ủ mới tạo thành. Vì không phải lúc nào cũng thuận tiện đảo trộn đống ủ theo cách như vậy, trong thực tế, những người giám sát nên định hướng cố gắng đảo vật liệu ở bên ngoài đống ủ vào bên trong đống ủ mới càng nhiều lần càng tốt trong suốt quá trình sản xuất compost. Nếu cách làm lý tưởng này không thực hiện được, có thể bù lại bằng cách tăng tần suất đảo trộn (ví dụ: từ 2 lần/tuần tăng lên 3 lần/tuần). Khi đảo trộn, hình thành lại đống ủ mới phải lưu ý làm sao để vật liệu sản xuất compost không ép vào nhau làm cản trở sự lưu thông của không khí. Dựa trên kinh nghiệm của các tác giả, một người lao động tích cực có thể đảo trộn khoảng 8-10 tấn vật liệu hữu cơ trong một ngày làm việc 8h. Trong thực tế, người ta đã có sử dụng đảo trộn thủ công trong những nơi sản xuất compost với công suất 20-30 tấn vật liệu hữu cơ/ngày. Điều quan trọng là nếu đảo trộn thủ công được thực hiện, công nhân sẽ phải được huấn luyện một cách cẩn thận về quy trình sản xuất compost và những biện pháp an toàn lao động. Ngoài ra, công nhân phải được cung cấp đồ trang bị an toàn chẳng hạn như mặt nạ chống bụi, giày ống, găng tay bảo hộ, và đồng phục. Nhà máy sản xuất compost nên trang bị bộ dụng cụ sơ cấp cứu, cũng như nhà vệ sinh và phòng tắm vòi hoa sen. Thiết bị đảo trộn luống ủ compost Khi không thể đảo trộn thủ công, người ta buộc phải sử dụng một số dạng thiết bị đảo trộn. Những thiết bị có sẵn hiện nay có thể phân thành hai loại chính: 1) Những thiết bị dành riêng cho việc đảo trộn luống ủ compost, và 2) Những thiết bị vận chuyển, xê dịch đất nói chung. Những thiết bị trong loại thứ nhất thường gọi là thiết bị đảo trộn (“mechanised turners”). Thiết bị đảo trộn Hiện nay, có rất nhiều loại thiết bị đảo trộn. Những trở ngại lớn khi muốn sử dụng thiết bị là chi phí mua và chi phí vận hành khá cao. Nó thường vượt quá khả năng kinh tế và kỹ thuật của hầu hết các nước đang phát triển cũng như đối với những nhà máy sản xuất compost nhỏ ở các nước công nghiệp. Trong trường hợp có đủ khả năng để mua và sử dụng thiết bị đảo trộn, thì quy mô lớn của 1 nhà máy sản xuất compost lại yêu cầu phải giải trình chi phí đầu tư. Có rất nhiều loại thiết bị đảo trộn đang có mặt trên thị trường. Chúng khác nhau về hiệu quả và độ bền. Công suất thay đổi tùy theo kiểu thiết bị; một số kiểu có công suất khoảng 1000 tấn/h, một số kiểu khác có thể đạt công suất 3000 tấn/h. Thiết bị vận chuyển, xê dịch đất nói chung Những thiết bị này thường bao gồm xe ủi đất, xe xúc đất (với máng xúc ở đằng trước hoặc ở đằng sau), và dụng cụ đào mương rãnh bằng gàu xúc ngược (backhoe ditch digger). Những thiết bị này được sử dụng trong việc xây dựng luống ủ compost và đảo trộn luống ủ. Nhược điểm của việc sử dụng những thiết bị này là chúng có khuynh hướng nén ép vật liệu sản xuất compost, đảo trộn và làm thông khí không tốt. Đặc biệt là khi sử dụng máy ủi đất. Hầu như chắc chắn là sẽ sinh ra những mùi khó chịu. Mặc dù chúng hoạt động rất không phù hợp với yêu cầu đảo trộn, nhưng nếu chúng được sử dụng cẩn thận bởi những người điều khiển thành thạo thì có thể chấp nhận được. Máy phay đất (Rototiller) đã được sử dụng rất thành công để đảo trộn những khối vật liệu compost khá nhỏ (nghĩa là, không lớn hơn vài tấn/ngày). Rototiller là một bộ phận tương đối nhỏ trong thiết bị canh tác đất vườn. Đảo trộn bằng rototiller gồm bốn bước: Giật đống ủ compost hoặc luống ủ compost đổ xuống; Trải vật liệu thành lớp 30-60 cm Đảo trộn (xới tròn) đống ủ compost, nghĩa là, di chuyển thiết bị qua lại xuyên qua lớp vật liệu; Hình thành lại đống ủ compost hoặc luống ủ compost. Chuẩn bị đia điểm sản xuất compost. Bao gồm rất nhiều hoạt động, các địa điểm xây dựng cần được chuẩn bị sao cho: mặt bằng phải đủ và phù hợp với tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất compost; và phải có chỗ cho thu gom và xử lý nước rò rỉ; và để tách nước mưa. Ở những vùng xa mạc, người ta dựng hàng rào chắn gió thẳng đứng để che chắn cho luống ủ compost khỏi những luồng gió khô và, vì thế, tránh được việc độ ẩm giảm quá mức do sự bốc hơi nước. Ở những nơi có đặc điểm là có lượng mưa từ vừa phải đến lớn, thì nên xây dựng mái che cho luống ủ compost, đặc biệt là trong giai đoạn hoạt động tích cực (“active stage”) và ở đầu giai đoạn “trưởng thành” (“maturing stage”) Về mặt bằng cho sản xuất,trong suốt thời gian “làm việc” (nghĩa là trong khoảng thời gian trước khi sản phẩm compost được hoàn thành và chuẩn bị lưu trữ), mặt bằng đặt luống ủ compost nên được lát hay tráng , bởi vì nó cần thiết để giúp cho:1) Dễ dàng xếp vật liệu. 2) Dễ dàng kiểm soát nước rò rỉ và tách nước mưa. 3) Ngăn chặn ấu trùng ruồi lan truyền ra xung quanh khu vực sản xuất. Nếu có sử dụng thiết bị đảo trộn thì vật liệu thích hợp để lát mặt bằng là nhựa đường và bê tông. Do trọng lượng của thiết bị đảo trộn khá nặng nề nên chúng cần mặt bằng làm việc vững chắc, mà chỉ có nhựa đường và bê tông mới đảm bảo được. Đối với những quy trình sản xuất không sử dụng thiết bị đảo trộn thì vật liệu lát nền thích hợp không chỉ là bê tông và nhựa đường mà còn có thể là sỏi xếp chặt, đá nghiền, và đất nén chặt. Tuy nhiên, đất nén chặt ít khi phù hợp bởi vì khi đất ướt, ví dụ như trong mùa mưa,hoạt động lưu thông và đảo trộn gặp phải rất nhiều trở ngại nghiêm trọng Trang bị cho luống ủ compost Khi sản xuất compost dạng luống, lý tưởng nhất là ở trong nhà.Trong đó, nên có thiết bị thông gió để kiểm soát và xử lý khí phát ra. Các luống ủ compost nên được đảo trộn bằng thiết bị đảo trộn tự động. Giai đoạn “trưởng thành” có thể xảy ra ở bên trong hay ở bên ngoài nhà. Những hạt nhựa dẻo (plastic) và những chất gây ô nhiễm tương tự ở trong sản phẩm compost có thể được loại bỏ bằng cách sàng lọc. Có thể chọn phương pháp này để loại bỏ hạt nhựa dẻo ngay lập tức bởi vì đa phần các hạt không lọt qua sàng lọc là hạt nhựa dẻo. Khuynh hướng của hạt nhựa dẻo là không lọt qua sàng lọc vì nó nhẹ (tỷ trọng của nó – nghĩa là trọng lượng của nó so với trọng lượng của nước có cùng thể tích – thấp), nó có đặc điểm hình dáng không phải là hình khối (chỉ có 2 chiều không gian), và dĩ nhiên, nó thường to hơn lỗ sàng nên không thể lọt qua sàng lọc. Nếu sản phẩm compost cuối cùng có chứa những hạt thủy tinh (glass), người ta sẽ tiến hành quá trình cắt giảm kích thước lần 2. Tuy nhiên, cần đánh giá mức độ giảm kích thước cần thiết , đặc biệt là ở những nước đang phát triển, vì quá trình cắt giảm kích thước là một quá trình đòi hỏi nhiều năng lượng và cần bảo trì cao độ. Tính toán kinh tế (Từ “kinh tế” được sử dụng ở đây là tất cả những gì liên quan đến sản xuất, phân phối và tiêu thụ hàng hóa, có đề cập đến chi phí) Giữa các phương pháp sản xuất compost dạng luống có rất nhiều khác biệt, vì vậy để có 1 công thức tính toán kinh tế cho quá trình sản xuất compost nói chung là rất khó khăn. Chỉ có mỗi 1 điều là ngoại lệ, được trình bày sau đây, là: cho dù sản xuất compost dạng luống kiểu tĩnh hay kiểu có đảo trộn, thì sản xuất compost dạng luống cũng thường ít tốn kém hơn dạng trong thùng kín (in-vessel). Những điểm khác nhau giữa các kiểu sản xuất compost dạng luống hiện nay là về quy mô, mức độ cơ giới hoá và phương pháp sản xuất. Những điểm khác nhau này có những ảnh hưởng nhất định, được ví dụ bằng sự chênh lệch khá lớn giữa kinh tế của quy trình sản xuất compost một vài tấn một ngày với kinh tế của nhà máy sản xuất compost vài trăm tấn một ngày. Chi phí cho thiết bị đảo trộn là khoảng chủ yếu trong kinh tế của những quy trình có quy mô từ trung bình đến quy mô lớn. Nếu trong sản xuất có sử dụng nhà che luống ủ compost thì nó không cần phải cầu kỳ phức tạp, nhưng phải nên có những thiết bị để kiểm soát và xử lý sự phát thải mùi hôi và bụi bẩn. Nhà che sẽ đặc biệt quan trọng nếu nhà máy sản xuất compost được xây dựng khá gần những khu dân cư và khu thương mại. Những hạn chế Ngoài những hạn chế về kinh tế - chính trị - xã hội, hạn chế cơ bản của sản xuất compost dạng luống bắt nguồn từ vấn đề sức khoẻ cộng đồng hoặc là liên quan đến môi trường . Nếu có phân người hoặc có những động vật truyền nhiễm còn lại trong cơ chất của quá trình sản xuất compost thì có khả năng sức khỏe cộng đồng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng, tùy thuộc vào mức độ đạt đến và duy trì nhiệt độ đủ gây chết mầm bệnh . Vấn đề là nhiệt độ đủ gây chết mầm bệnh thường không lan tỏa hết khắp toàn bộ luống ủ; điều chắc chắn xảy ra đối với lớp ngoài cùng. Thêm một vấn đề nữa là sự tái nhiễm của vật liệu đã tiệt trùng, do quá trình đảo trộn, chúng có khả năng bị nhiễm bẩn trở lại bởi vật liệu chưa tiệt trùng . Tuy nhiên, sự tái nhiễm như vậy có thể được khắc phục bằng cách tăng tần suất đảo trộn. Sự phát thải mùi gần như không tránh được – bất chấp hệ thống ngăn ngừa chúng – là nguyên nhân gây ảnh hưởng môi trường nghiêm trọng. Hạn chế này và những biện pháp đề nghị để khắc phục nó được thảo luận ở trong phần khác. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng đặc diểm của hầu hết những hệ thống xử lý sơ bộ và xử lý chất thải đô thị là đều có mùi khó chịu. Thời gian ủ compost khá dài và yêu cầu diện tích lớn hơn đi kèm được hiểu là một hạn chế của quá trình sản xuất compost dạng luống. Hạn chế này không nhất thiết là bất lợi bởi vì, như đã giải thích từ sớm, quá trình sản xuất compost nhanh chỉ là ưu điểm khi diện tích đất cần bị giới hạn hoặc là khi sản xuất compost dạng trong thùng hay kênh mương. Và trong trường hợp sau, nếu giảm được chi phí cho diện tích đất yêu cầu thì cũng cần 1 chi phí tương đương hoặc hơn cho buồng ủ compost (“reactor”) trong hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương. 3.6.2 Sản xuất compost trong thùng hay kênh mương (“in-vessel reactors”) Mục tiêu tiến hành sản xuất compost trong thùng hay kênh mương là để:1)Tăng tốc quá trình ủ compost thông qua việc duy trì những điều kiện tốt nhất cho vi sinh vật hoạt động. 2) Giảm thiều hoặc loại bỏ những tác động có hại lên môi trường xung quanh. Bỏ qua những điểm khác biệt không quan trọng, những hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương hiện nay thường có những đặc điểm sau:1) Thiết kế của mỗi buồng ủ compost có 1 ít khác biệt so với các buồng ủ khác cùng loại. 2) Sử dụng nhiều phương pháp thông khí khác nhau hoặc kết hợp các phương pháp đó với nhau trong đó có một số phương pháp thành công hơn các phương pháp còn lại. Hệ thống làm thoáng khí khi thiết kế thường yêu cầu một hay vài cách cơ bản sau: làm thoáng 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 đó Khuấy trộn là dùng lưỡi cày xới lên hay dùng mũi khoan xoáy theo 1 đường tròn 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 có 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, có rất nhiều loại hệ thống sản xuất compost trong thùng hay kênh mương được sử dụng Trong phần này sẽ mô tả một vài hệ thống tiêu biểu: Trống ủ compost Dano (“Dano drum”) Trống ủ compost Dano đã xuất hiện trên thị trường từ những năm 1940. Nó là đại diện cho dạng buồng ủ compost hình trống nằm ngang. Do đó điểm đặc trưng của thiết bị này là dài, gần như nằm ngang, có đường kính lớn hơn hoặc bằng 3m và có 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 ngoài thiết bị và có liên quan đến sản xuất compost dạng đánh luống. Người ta nghi ngờ rằng trống ủ compost Dano không thể ứng dụng ở các quốc gia đang phát triển do giá thành, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao. Một số hệ thống hình trống nằm ngang khác Trống ủ compost Ewsson có 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 có thể khác nhau. Ngoài ra còn có 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 không còn xuất hiện trên thị trường nhưng trong hình thể hiện 1 ví dụ trống ủ compost Eweson vẫn còn đang hoạt động. Hình 3.11: Trống ủ compost Ewsson Hệ thống sản xuất compost Naturizer Hệ thống sản xuất compost Naturizer đầu tiên là mô hình của phương pháp sàn đảo trộn (“tumbling floor approach”). Hệ thống gồm 2 silo (tạm dịch: tháp ủ) đứng cạnh nhau.Mỗi silo có 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 có 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 đó, chất thải được đổ xuống sàn giữa, tiếp tục lưu lại 24 giờ lần thứ 2, rồi sau đó 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 sản xuất compost dạng trong kênh mương Hệ thống này kết hợp giữa thổi khí và đảo trộn. Nó 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 đôi khi cũng được gọi tên là hệ thống “sàn được thổi khí và đảo trộn ” (Thông thường máy đảo trộn sử dụng kiểu băng tải di động không ngừng - “travelling endless belt” hay là trống quay – “rotting drum”) Bên cạnh hiệu quả hoạt động của máy đảo trộn vật liệu, khối compost còn được thông khí nhờ được thổi khí thông qua những lỗ nhỏ dưới đáy máng. Thông thường nếu điều chỉnh tần suất di chuyển (hoạt động) của thiết bị đảo trộn một cách thích hợp thì người ta có thể không cần thổi khí mà vẫn không làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống. Tuy nhiên, đôi khi người ta vẫn sử dụng biện pháp thổi khí nếu muốn kiểm soát nhiệt độ. Chu trình sản xuất compost bắt đầu bằng việc đổ rác thải đã được giảm kích thước vào bể, sau đó 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 toàn 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 đó vật liệu sản xuất compost sẽ tiếp tục được đánh luống trong 1 đến 2 tháng. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hệ thống sản xuất compost sử dụng những thiết kế tương tự như hệ thống Metro. Buồng ủ compost Fairfield Thiết bị này có đặc điểm là làm thoáng khí bằng cách sử dụng thiết bị khuấy trộn kết hợp với thổi khí. Cấu tạo gồm một bể hở hình trụ trong đó có gắn 1 dãy những mũi khoan rỗng, ở mép mũi khoan có 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. Không khí thoát 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 không 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 : MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Nghiên cứu lý thuyết Thu 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. Thu thập tài liệu về tính chất của vỏ cà phê. 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 4.2.1 Mô hình thực nghiệm Mô hình có dạng đống hình chóp nón, cao 30 cm, đường kính đáy 40cm, bên ngoài được đậy bằng bạt giúp giữ nhiệt cho đống ủ. Mô hình hiếu khí với dạng thổi khí tự nhiên 30 cm 40 cm Hình 4.1: Mô hình thí nghiệm Hình 4.2 : Hình ảnh mô hình ủ compost 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 mô hình ủ compost Quy trình ủ thực hiện như sau: 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 thông số đầu vào Hiếu khí Ổn định Thành phẩm 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 đó, cho toàn bộ men sinh học, đường, và phân urê vào thùng chứa nước nói 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 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 mô 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 thông số phân tích được giới thiệu trong bẳng sau: Bảng 4.2: Bảng so sánh thành phần các nguyên liệu đầu vào Mô hình Vỏ cà phê(kg) Men vi sinh(g) Đường cát(kg) Phân chuồng (kg) Vôi bột(kg) Phân lân(kg) Phân urê(kg) Đối chứng 10 0 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 1 10 100 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 2 10 150 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 3 10 200 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 4 10 250 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Bảng 4.3: Đặc tính nguyên liệu đầu vào của các mô hình Nghiệm thức Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô 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 đó 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 mô 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 đó đem cân lại Công thức xác định độ ẩm: Độ ẩm = Trong đó: 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 còn dư để phân tích N, C) Cân khối lượng mẫu đã xử lý vào cốc nung Đốt 5500C trong 1h Hút ẩm đem cân Công thức xác định: %CHC = Trong đó: 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 công thúc sau: %C = Hàm lượng N Vô cơ hóa 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 hóa). 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 còn chưa bị oxy hóa và dung dịch. Tiếp tục đun cho đến khi dung dịch trong hoàn toàn. Để nguội bình rồi chuyển toàn bộ sang bình định mức 100ml, dùng nước cất vô 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 có sãn 50ml nước cất và 3 giọt thuốc thử tashiro lúc này trong bình có màu tím hồng. Tiếp tục cho vào bình cất 15ml NaOH 40% cho đến khi toàn 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 công tắc cất đạm. Sau khi cất đạm 10 – 12 phút để kiểm tra NH4OH còn được tạo ra không, dùng giấy quỳ thử đầu ống sinh hàn. Nếu giấy quỳ không 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: Trong đó: 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 hòa NH4OH thì tương đương với 1.42mg Nito. Xác định Photpho tổng Mẫu phân đã nghiền nhỏ trộn đều từ đó chọn mẫu để phân tích Cân 2g mẫu khô cho vào bình Kjeldahl 500ml Cho vào bình 20 – 25 ml hỗ hợp H2SO4 + HNO3 đun trên bếp điện Trong khi tro hóa, 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 không có khí màu nâu thoát ra thì cần thiết phải them HNO3 Quá trình tro hóa kết thúc khi dung dịch trong bình có màu trắng Sau khi tro hóa xong để nguội bình rồi them vào bình 100 ml nước đun đến sôi 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 nóng. 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 loãng 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 đó tính hàm lượng photpho tổng STT 0 1 2 3 4 5 6 Ml dung dịch P-PO4 chuẩn 0 1 2 3 4 5 - 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 có ở trên. Có 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 sôi 10 phút, tiếp tục cho vào bình 30ml nước và đun sôi, sau đó làm lạnh. Cho tới 100ml, sau đó đem đo bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6800A ở bước sóng 766.5 nm. Ghi chú: Mẫu phân tích 3 – 5 lần để lấy kết quả. Kết quả báo cáo là kết quả trung bình Số liệu được báo cáo ở phụ lục Phương pháp xử lý số liệu Số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel.  CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 5.1 Thông số vận hành và đặc tính sản phẩm compost Sau 60 ngày ủ tạo ra được compost thành phẩm với kết quả được thể hiện bảng sau: Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm ủ compost Nghiệm thức Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Thông số vận hành Thời gian ủ (ngày) 65 60 60 60 60 Nhiệt độ (0C) 30 - 55 30 - 62 30 - 64 30 - 65 30 - 65 pH 5.7 – 8.2 5.6 – 8.4 5.5 – 8.5 5.5 – 8.5 5.5 – 8.5 Độ ẩm (%KLU) 57 58 57 57 57 Tổng lượng nước thêm vào (lít) 6 6 6 6 6 Tổng lượng men vi sinh cho vào (g) 0 100 150 200 250 Đặc tính sản phẩm Màu sắc sản phẩm Nâu Nâu đen Nâu đen Nâu đen Nâu đen Khối lượng còn lại (kg) 10.5 10.3 10.2 10.2 10.2 Độ ẩm(%KLU) 32 31 31 31 30.5 Chất hữu cơ (% KLK) 45 38 37 36 36 5.2 Kết quả Trong quá trình ủ compost theo dõi các chỉ tiêu: nhiệt độ, độ ẩm, pH, độ sụt giảm thể tích, CHC, hàm lượng C, N kết quả thu được như sau: 5.2.1 Độ sụt giảm thể tích Trong 65 ngày ủ với mẫu đối chứng và 60 ngày ủ đối với các mẫu còn lại ta thấy các mô hình có độ sụt giảm độ cao một cáh rõ rệt, số liệu cụ thể như sau: Bảng 5.2 Kết quả độ giảm thể tích Ngày Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Độ sụt giảm thể tích (%) 0 100 100 100 100 100 3 97 95 95 95 94 6 94 90 86 85 84 9 87 84 80 78 76 12 80 78 76 73 72 15 75 72 71 70 70 18 73 69 67 66 66 21 71 69 64 63 63 24 69 67 61 60 60 27 68 65 58 57 57 30 67 63 56 54 54 33 64 60 54 51 51 36 63 57 52 49 48 39 61 55 50 47 46 42 60 53 48 46 44 45 59 51 47 45 43 48 58 49 46 44 42 51 57 48 45 43 41 54 56 47 44 42 40 57 55 46 43 42 40 60 54 46 43 42 40 63 53 65 53 Tất cả các mẫu đều sụ giảm thể tích, chứng tỏ vi sinh vật hoạt đọng chúng sử dung chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động sống. Độ sụt giảm thể tích ở 5 mô hình có thể biểu diễn bằng đồ thị dưới đây: % Hình 5.1: Đồ thị biểu diễn độ sụt giảm thể tích % Nhận xét: Nhìn vào hình 5.1 ta thấy những ngày đầu do vi sinh vật chưa thích nghi nên độ sụt giảm thể tích thấp. Bắt đầu từ ngày thứ 3 trở đi tốc độ sụt giảm thể tích tăng nhiều và chậm lai kể từ ngày thứ 12 và bắt đầu ổn định từ ngày 45 cho đến khi kết thúc quá trình Tuy nhiên ta thấy những ngày đầu độ sụt giảm của các mô hình là tương đương nhau. Từ ngày thứ 3 thì mô hình đối chứng sụp giảm thể tích từ 95% tới ngày 12 thì còn 80%. Còn 4 mô hình có men vi sinh độ sụt giảm thể tích từ 95% ngày thứ 3 đến ngày thứ 12 còn 72%. Bên cạnh đó đén khi kết thúc quá trình ủ phân thì mô hình đối chứng không có men vi sinh độ sụt giảm còn tới 53%. Trong khi đó 4 mô hình kia có sử dụng men vi sinh thì kết thúc quá trình ủ phân độ sụt giảm thể tích chỉ còn hơn 40%. Điều này chứng tỏ mô hình có men vi sinh vật thì quá trình phân hủy xảy ra nhanh hơn và hiệu quả hơn mô hình không sử dụng men vi sinh. 5.2.2 Nhiệt độ Trong 65 ngày ủ với mẫu đối chứng và 60 ngày ủ đối với các mẫu còn lại ta thấy các mô hình đều có nhiệt độ thay đổi liên tục từ 30 – 65 0C. Số liệu cụ thể về sự thay đổi nhiệt độ của các mô hình được trình bày cụ thể trong bảng sau: Bảng 5.3: Biến thiên nhiệt độ trong các đống ủ Ngày Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Biến thiên nhiệt độ (0C) 0 32.0 32.5 32.5 33.0 33.5 1 34.0 34.5 34.5 35.0 35.0 2 37.5 38.0 38.5 39.0 39.5 3 39.0 41.0 41.5 42.0 42.5 4 41.0 45.0 46.0 47.0 48.0 5 45.0 49.0 50.0 51.0 51.5 6 50.0 54.0 55.0 57.0 57.5 7 54.5 58.5 59.5 61.0 61.5 8 53.0 60.0 62.0 63.5 64.0 9 52.5 62.0 64.0 65.0 65.0 10 50.0 60.5 62.5 63.0 62.5 11 48.0 58.5 60.0 60.5 60.5 12 45.5 56.5 57.5 58.0 58.5 13 43.0 53.5 54.0 54.5 55.0 14 42.0 50.0 51.5 51.5 52.0 15 40.0 47.5 48.0 48.5 49.0 16 38.0 43.0 44.0 45.0 46.0 17 37.0 39.0 41.5 42.0 42.5 18 36.5 38.0 39.0 39.5 40.0 19 35.0 36.5 37.5 38.0 38.5 20 34.0 35.0 36.0 36.5 37.0 21 34.0 34.0 35.0 35.0 35.5 22 33.0 33.5 34.5 34.5 35.0 23 32.5 33.5 33.5 34.0 34.5 24 32.5 33.5 33.5 34.0 34.5 25 32.5 33.5 33.5 34.0 34.5 26 32.5 33.0 33.5 34.0 34.5 27 32.5 33.0 33.0 33.5 34.5 28 32.5 33.0 33.0 33.5 34.5 29 32.5 33.0 33.0 33.5 34.0 30 32.0 33.0 33.0 33.5 34.0 31 32.0 33.0 33.0 33.5 34.0 32 32.0 32.5 33.0 33.0 34.0 33 32.0 32.5 33.0 33.0 34.0 34 32.0 32.5 33.0 33.0 34.0 35 32.0 32.5 32.5 33.0 34.0 36 32.0 32.5 32.5 33.0 33.5 37 31.5 32.5 32.5 33.0 33.5 38 31.5 32.0 32.5 33.0 33.5 39 31.5 32.0 32.5 32.5 33.5 40 31.5 32.0 32.5 32.5 33.5 41 31.5 32.0 32.5 32.5 33.0 42 31.5 31.5 32.0 32.5 33.0 43 31.5 31.5 32.0 32.5 33.0 44 31.5 31.5 32.0 32.5 33.0 45 31.5 31.5 32.0 32.0 33.0 46 31.5 31.5 32.0 32.0 33.0 47 31.5 31.5 32.0 32.0 33.0 48 31.0 31.5 32.0 32.0 32.5 49 31.0 31.0 32.0 32.0 32.5 50 31.0 31.0 31.5 32.0 32.5 51 31.0 31.0 31.5 32.0 32.5 52 31.0 31.0 31.5 31.5 32.5 53 30.5 31.0 31.5 31.5 32.0 54 30.5 31.0 31.5 31.5 32.0 55 30.5 31.0 31.5 31.5 32.0 56 30.5 30.5 31.5 31.5 32.0 57 30.5 30.5 31.5 31.5 32.0 58 30.0 30.5 31.5 31.0 32.0 59 30.0 30.5 31.5 31.0 31.5 60 30.0 30.5 31.5 31.0 31.5 61 30.0 62 30.0 63 30.0 64 30.0 65 30.0 Hình 5.2: Biến thiên nhiệt độ trong đống ủ compost Nhận xét: Nhìn vào hình 5.2 ta thấy nhiệt độ có sự thay đổi rõ rệt. Vào 4 ngày đầu vi sinh vật chưa thích nghi nên nhiệt độ tăng chậm ở cả 5 mô hình, bắt đầu từ ngày thứ 5 nhiệt độ tăng rõ rệt chứng tỏ có sự hoạt động mạnh của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện thermophilic. Trong điều kiện này, vi sinh vật sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành đơn giản. Sau đó nhiệt độ khối ủ bắt đàu giảm dần từ ngày thứ 9 đến ngày thứ 20 là 35 0C và ổn định dần đến ngày cuối cùng là 300C. Điều này chứng tỏ nhiệt độ là chỉ thị tăng trưởng của các vi sinh vật hiếu khí như nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn. Nó thể hiện vi sinh vật trong những ngày đầu thích nghi và chuyển sang pha ưu nhiệt và trưởng thành. Vi sinh vật đã có sự thích nghi phù hợp với cả 5 mô hình. Bên cạnh đó ta còn thấy ở 4 mô hình có sử dụng men vi sinh nhiệt độ tăng cao từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 9 lên tới 650C còn ở mô hình đối chứng không sử dụng men vi sinh thì nhiệt độ chỉ lên đến 52.5 0C. Chứng tỏ các mô hình sử dụng men vi sinh hữu cơ thì vi sinh vật hoạt động mạnh hơn và hiệu quả hơn. 5.2.3 pH Trong 65 ngày ủ với mẫu đối chứng và 60 ngày ủ đối với các mẫu còn lại ta thấy các mô hình đều có pH dao động từ 5.5 – 8.5 được thể hiện cụ thể trong bảng dưới đây. Bảng 5.4: Bảng dao động pH trong đống ủ compost Ngày Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Độ pH 0 7.4 7.2 7.2 7.1 7.1 1 7.0 6.8 6.7 6.8 6.7 2 6.5 6.4 6.3 6.3 6.4 3 6.3 5.9 5.8 5.7 6.1 4 6.1 5.7 5.6 5.6 5.7 5 5.7 5.6 5.5 5.5 5.5 6 6.2 5.8 5.7 5.8 5.8 7 6.7 6.5 6.4 6.3 6.2 8 6.9 6.7 6.6 6.7 6.9 9 7.2 6.9 7.0 7.1 7.2 10 7.5 7.3 7.4 7.5 7.6 11 7.3 7.5 7.7 7.8 7.9 12 7.8 7.9 8.1 8.2 8.1 13 8.2 8.4 8.5 8.5 8.5 14 7.9 8.3 8.4 8.3 8.3 15 7.8 8.1 8.2 8.1 8.0 16 7.7 7.8 7.9 8.0 7.8 17 7.6 7.5 7.6 7.7 7.6 18 7.5 7.4 7.5 7.6 7.5 19 7.7 7.6 7.4 7.5 7.4 20 7.6 7.7 7.6 7.7 7.5 21 7.4 7.8 7.7 7.8 7.6 22 7.3 7.6 7.8 7.6 7.6 23 7.4 7.5 7.5 7.5 7.8 24 7.6 7.6 7.7 7.4 7.7 25 7.3 7.4 7.4 7.5 7.6 26 7.5 7.3 7.3 7.3 7.5 27 7.3 7.5 7.4 7.2 7.4 28 7.2 7.4 7.3 7.4 7.3 29 7.0 7.6 7.2 7.2 7.4 30 6.9 7.5 7.4 7.3 7.3 31 6.8 7.4 7.6 7.1 7.2 32 6.7 7.2 7.1 7.0 7.1 33 6.9 6.9 6.9 7.0 6.9 34 6.8 6.7 6.6 6.9 6.8 35 6.7 6.5 6.5 6.7 6.6 36 6.9 6.6 6.4 6.6 6.5 37 6.7 6.8 6.7 6.4 6.4 38 6.6 6.7 6.8 6.5 6.2 39 6.5 6.5 6.6 6.6 6.3 40 6.7 6.8 6.7 6.7 6.4 41 6.9 6.6 6.5 6.5 6.5 42 6.8 6.4 6.4 6.4 6.4 43 6.7 6.3 6.3 6.3 6.3 44 6.6 6.1 6.2 6.3 6.2 45 6.5 6.2 6.4 6.2 6.3 46 6.4 6.3 6.3 6.1 6.4 47 6.6 6.4 6.4 6.2 6.3 48 6.7 6.3 6.5 6.1 6.3 49 6.8 6.5 6.4 6.3 6.2 50 6.6 6.4 6.3 6.4 6.2 51 6.5 6.2 6.2 6.3 6.2 52 6.4 6.3 6.3 6.2 6.1 53 6.3 6.3 6.2 6.2 6.2 54 6.4 6.3 6.1 6.2 6.1 55 6.5 6.2 6.1 6.1 6.1 56 6.4 6.3 6.1 6.1 6.0 57 6.4 6.3 6.1 6.0 6.0 58 6.6 6.3 6.1 6.0 6.0 59 6.5 6.3 6.2 6.0 6.0 60 6.5 6.3 6.2 6.0 6.0 61 6.4 62 6.4 63 6.5 64 6.5 65 6.5 Hình 5.3: Biến thiên pH trong đống ủ compost Nhận xét Giá trị pH của các mô hình đều nằm trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình ủ phân. Nhìn vào bảng 5.4 và hình 5.3 ta thấy giá trị pH của cả 5 mô hình đều giảm nhanh trong 5 ngày đầu tiên, điều này chứng tỏ trong thời gian này vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các axit hữu cơ. Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ các axit này tích tụ và làm giảm độ pH kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật, kìm hãm sự phân hủy lignin và cenlulose. pH bắt đầu tăng lên lại tuef ngày thứ 6 đến ngày thứ 30 trong thời gian này vi sinh vật tham gia vào quá trinh phân hủy các axit hữu cơ. Từ ngày 31 đến khi kết thúc quá trình ủ pH dao động trong khoảng 6,1 đến 7,2. Tuy nhiên ta thấy pH từ ngày thứ 6 trở đi tại các mô hình có sử dụng men vi sinh thì pH dao động ít hơn so với mẫu đối chứng. Điều này chứng tỏ dưới tác dụng vi sinh vật thì C và N cùng bị phân hủy đồng thời với nhau làm cho pH ổn định hơn. Độ ẩm Độ ẩm dao động trong quá trình ủ compost của 5 mô hình thí nghiệm được thể hiện dưới bảng sau: Bảng 5.5: Thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ phân Ngày Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Độ ẩm (%) 0 62.54 64.03 64.34 64.77 64.12 3 60.45 62.55 62.56 62.74 61.78 6 59.23 60.34 61.55 60.95 59.56 9 51.43 53.19 54.41 53.63 53.49 12 50.21 50.68 51.98 52.03 52.66 15 45.22 44.31 43.45 44.69 43.78 18 42.32 42.04 42.82 42.43 41.44 21 44.14 43.44 43.67 41.96 40.92 24 40.67 40.38 39.44 39.55 38.34 27 42.88 41.94 41.84 40.84 44.32 30 39.55 38.51 39.35 41.78 44.67 33 41.65 40.54 40.69 40.57 43.21 36 51.12 49.87 47.31 46.32 45.55 39 46.22 48.77 48.66 47.92 46.32 42 53.45 52.13 51.55 50.45 49.44 45 53.77 53.23 53.86 52.87 51.21 48 49.46 48.63 47.87 46.33 47.68 51 50.22 45.94 45.32 44.68 45.22 54 46.12 43.07 42.47 42.65 43.66 57 44.68 41.65 41.56 41.33 41.22 60 43.55 40.21 39.67 39.23 39.25 63 42.22 65 40.12 Hình ảnh thể hiện sự thay đổi độ ẩm trong ủ compost Hình 5.4: Thay đổi độ ẩm trong đống ủ compost Nhận xét Trong quá trình ủ độ ẩm được kiểm tra và duy trì nằm trong khoảng tối ưu để vi sinh vật phát triển mạnh. Chính vì vậy để đảm bảo độ ẩm trong khối ủ nằm trong khoảng tối ưu ta cần bổ sung thêm nước. Nhìn vào bảng 5.5 và hình 5.4 ta thấy độ ẩm những ngày đầu giảm dần vì vậy ta luôn cần bổ sung thêm nước để giúp quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật là tốt nhất. Hàm lượng chất hữu cơ Hàm lượng chất hữu cơ trong đóng ủ được kiểm tra liên tục theo tần suất 3 ngày/lần. Hàm lượng chất hữu cơ biến thiên rõ rệt, số liệu cụ thể được trình bày trong bảng sau: Bảng 5.6: Hiệu quả phân hủy chất hữu cơ trong các mô hình ủ compost Ngày Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Hiệu quả phân hủy chất hữu cơ (%) 3 5.35 8.38 8.56 8.91 8.94 6 7.30 10.23 11.03 11.05 11.10 9 10.79 17.32 18.43 19.43 19.53 12 14.92 19.36 20.12 20.53 20.32 15 15.32 19.89 21.23 22.69 22.69 18 16.34 22.35 22.56 24.87 24.68 21 17.22 23.56 24.31 25.21 25.61 24 18.78 24.45 25.89 26.29 26.54 27 19.33 25.67 26.33 27.19 27.86 30 20.56 27.15 28.02 28.45 28.68 33 21.04 28.84 29.21 30.06 30.61 36 21.76 30.16 31.23 31.57 31.92 39 23.78 31.12 32.31 33.07 33.09 42 24.56 32.68 33.32 34.32 35.02 45 25.35 33.71 35.14 35.65 36.22 48 26.33 35.35 36.22 37.01 37.72 51 27.76 36.31 37.78 38.11 38.31 54 28.12 37.42 38.55 39.12 39.81 57 30.33 39.03 40.02 40.31 41.41 60 31.21 40.11 41.11 41.55 41.63 63 32.65 65 32.69 Nhận xét Dựa vào bảng 5.6 ta thấy hiệu quả xử lý chất hữu cơ tăng nhanh trong những ngày đầu ở cả 5 mô hình và bắt đầu tăng chậm kể từ ngày 12 trở đi. Mặt khác hiệu quả xử lý chất hữu cơ của 4 mô hình có sử dụng men sinh học trong 12 ngày đầu lên tới 20% trong khi đó hiệu quả xử lý của mẫu đối chứng cũng trong 12 ngày đầu là 14,92%. Điều này chứng tỏ tại 4 mô hình có sử dụng men vi sinh thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ nhanh hơn và hiệu quả hơn so với mô hình đối chứng Mặt khác ta thấy kết thúc quá trình ủ phân thì hiệu quả phân hủy chất hữu cơ của các mẫu sử dụng men vi sinh đều đạt trên 40% so với mẫu đối chứng chỉ đạt 32,69%. Như vậy việc bổ sung men vi sinh vào ủ phân giúp tăng khả năng phân hủy chất hữu cơ lên tới 30% 5.2.6 Hàm lượng C Hàm lượng C trong các mô hình ủ được kiểm tra với tần suất 3ngày/lần. Hàm lượng C biến thiên rõ rệt, số liệu cụ thể được trình bày trong bảng dưới đây: Bảng 5.7: Kết quả hàm lượng C trong các mô hình ủ Ngày Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Hàm lượng C (%) 0 51.72 51.77 51.79 51.74 51.78 3 48.97 47.45 46.78 46.36 46.33 6 47.54 46.43 46.14 45.87 45.69 9 46.23 42.34 41.65 41.25 41.12 12 43.95 41.23 39.49 39.21 39.12 15 43.57 41.02 38.75 38.56 38.57 18 43.16 40.46 38.12 38.04 37.94 21 42.66 39.67 37.45 37.47 37.37 24 42.23 39.24 36.94 36.82 36.67 27 41.85 38.86 36.36 36.23 36.16 30 41.32 38.23 35.96 35.89 35.56 33 40.75 37.67 35.57 35.34 35.02 36 40.32 36.96 35.18 35.02 34.78 39 39.79 36.32 34.76 34.56 34.36 42 39.67 35.65 34.28 33.76 33.53 45 39.13 32.85 32.32 31.32 31.05 48 38.77 31.94 30.59 29.78 29.67 51 37.94 31.45 29.45 29.16 29.11 54 37.68 30.24 28.85 28.45 28.36 57 36.95 29.54 28.63 28.05 28.02 60 36.26 29.45 28.55 27.98 27.88 63 35.25 65 35.21 Ta thấy hàm lượng C giảm dần từ khi bắt đầu ủ đến khi kết thúc, và được biểu diễn theo biểu đồ sau: Hình 5.5: Đồ thị biểu diễn sự giảm của hàm lượng C Nhận xét: Dựa vào hình 5.5 ta thấy hàm lượng C tại cả 5 mô hình suy giảm rõ rệt chứng tỏ các quá trình xảy ra nhanh chóng và đồng đều. Ở 4 mô hình có sử dụng men vi sinh ta thấy những ngày đầu hàm lượng C giảm nhanh, 9 ngày đầu hàm lượng C giảm từ 51,79% xuống còn 41,25%, sau đó giảm đều và ổn định từ ngày 57 đến kết thúc quá trình ủ. Ở mô hình đối chứng trong những ngày đầu hàm lượng C giảm nhanh từ khi bắt đầu ủ đến hết 12 ngày hàm lượng C từ 51,72% giảm xuống còn 43,95% sau đó giảm dần và ổn định từ ngày 60 đến kết thúc quá trình ủ. Từ hàm lượng C giảm nhanh chóng 9 ngày đầu hàm lượng C giảm từ 51,79% xuống còn 41,25% ở 4 mô hình có sử dụng men vi sinh, và 12 ngày đầu hàm lượng C từ 51,72% giảm xuống còn 43,95% ở mô hình đối chứng. Ta thấy hàm lượng C ở 4 mô hình sử dụng men vi sinh có tốc độ phân hủy hàm lượng C nhanh hơn so với tốc độ phân hủy ở mô hình đối chứng. 5.2.7 Hàm lượng N Hàm lượng N trong các mô hình ủ được kiểm tra với tần suất 3 ngày/lần. Số liệu cụ thể được trình bày trong bảng sau: Bảng 5.8: Kết quả hàm lượng N Ngày Đối chứng Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Mô hình 4 Hàm lượng N (%) 0 2.10 2.15 2.15 2.15 2.15 3 2.05 2.05 2.03 2.0 2.01 6 1.97 1.9 1.85 1.84 1.83 9 1.90 1.75 1.73 1.71 1.7 12 1.8 1.65 1.6 1.58 1.55 15 1.75 1.5 1.5 1.48 1.45 18 1.7 1.4 1.4 1.35 1.35 21 1.65 1.35 1.3 1.3 1.25 24 1.6 1.3 1.25 1.24 1.1 27 1.55 1.25 1.20 1.20 1.08 30 1.5 1.25 1.20 1.15 1.07 33 1.45 1.2 1.15 1.10 1.07 36 1.4 1.2 1.10 1.10 1.06 39 1.35 1.15 1.10 1.08 1.06 42 1.35 1.15 1.10 1.08 1.05 45 1.35 1.15 1.08 1.05 1.05 48 1.3 1.1 1.08 1.05 1.05 51 1.3 1.1 1.08 1.05 1.05 54 1.3 1.1 1.08 1.05 1.05 57 1.3 1.1 1.08 1.05 1.05 60 1.3 1.1 1.08 1.05 1.05 63 1.3 65 1.3 Hình 5.6 : Đồ thị biểu diễn hàm lượng nito trong đống ủ Nhận xét Dựa vào hình 5.6 ta thấy rằng hàm lượng N tai tất cả các mô hình đều giảm rõ rệt. Trong những ngày đầu tiên hàm lượng N giảm chậm nhưng khi đến ngày 6 đến ngày 18 thì hàm lượng N giảm nhanh và sau đó giảm ổn định đến kết thúc quá trình ủ. Nó thể hiện vi sinh vật trong nhũng ngày đầu thích nghi và sau đó đến giai đoạn tăng trưởng, ổn định Mặt khác ta thấy ở 4 mô hình sử dụng men vi sinh, hàm lượng N giảm nhanh từ 1,8 – 1,9 ngày thứ 6 xuống còn 1,35 – 1,4 ngày 18. Trong khi đó ở mẫu đối chứng thì chỉ giảm từ 1,97 ngày thứ 6 xuống còn 1,7 vào ngày thứ 18. Chính vì vậy ta thấy nhờ có bổ sung vi sinh vật bên ngoài vào các mô hình giúp các vi sinh vật thích nghi và hoạt động tốt hơn hiệu quả hơn so với mô hình đối chứng. 5.3 Nhận xét và bàn luận Với vật liệu là vỏ cà phê sau 60 – 65 ngày ủ thì quá trình ủ compost kết thúc. Tỷ lệ C/N = 25,62 quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra mạnh ở tuần đầu tiên, chuyển C thành CO2, tỷ lệ C/N = 20,64 chứng tỏ vỏ cà phê với sự phối trộn men vi sinh hợp lý đã cho ra một lượng compost có chất lượng tốt. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tất cả các mẫu đều làm phân bón được. Nếu muốn chất lượng phân tốt hơn thì cần cung cấp thêm các chất vi lượng, chất dinh dưỡng NPK Kết quả phân tích cũng như đánh giá cho thấy mẫu phân từ các mô hình 1,2,3,4 cho kết quả tốt: Thời gian ủ ngắn 60 ngày, hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân thành phẩm là khá cao. Xét trên diều kiện kinh tế với chất lượng phân thành phâm là khá tuiwong đương nhau giữa mô hình 1 và mô hình 4, ta chọn mô hình thứ nhất (mô hình 1) là mô hình đạt hiệu quả cả về chất lượng lẫn giá trị kinh tế. Kiến nghị Mô hình này có thể áp dụng tại các hộ gia đình và các trang trại nhỏ giúp giải quyết nột phần nào vấn đề phân bón cho người dân đồng thời tận dụng lượng phụ phẩm/phế phẩm nông nghiệp nước ta. Do điều kiện thời gian và kinh phí nên tôi chỉ có thể làm 5 mô hình vì vậy kết quả cuối cùng có thể chưa hoàn toàn tối ưu. Nếu được đầu tư kinh phí chúng ta có thể mở rộng quy mô thực nghiệm cũng như mở rộng sang các phụ phẩm khác để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu đang bị bỏ phí Từ mô hình này chúng ta hoàn toàn có thể áp dụng rộng rãi cho người dân đồng thời mở rộng để đưa vào thực tế áp dụng trong thương mại, kinh doanh. TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Đức Liên, Tống Ngọc Tuấn – Kỹ Thuật Và Thiết B Xử Lý Chất Thải Bảo Vệ Môi Trường – NXB Nông Nghiệp Nguyễn Lân Dũng – Năm 2000 – Vi Sinh Vật Học – NXB Giáo Dục “Second Interim Report of the Interdepartmental Committee on Utilization of Organic Wastes”, New Zealand Engineering, 6(1-12), November/December 1951. “Composting Fruit and Vegetable Refuse: Part II”, Investigations of Composting as a Means for Disposal of Fruit Waste Solids, Progress Report, National Canners Association Research Foundation, Washington, DC, USA, August 1964. Schulze, K.F., “Rate of Oxygen Consumption and Respiratory Quotients During the Aerobic Composting of Synthetic Garbage”, Compost Science, 1:36, Spring 1960.