Công nghệ ủ phân compost

Đồ án tốt nghiệp – K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Mục lục
2
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Mở đầu
Hiện nay, rác thải đô thị đang là vấn đề rất bức xúc ở Việt Nam cũng như ở các nước
trên thế giới. Cùng với mức sống ngày càng cao của nguời dân thì lượng chất thải phát
sinh ngày càng lớn, tính chất độc hại của chất thải rắn ngày càng tăng. Rác thải trong các
đô thị nếu không có biện pháp thu gom xử lý kịp thời sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng và ảnh hưởng lớn tới sức khoẻ của con người. Do đó việc tìm ra một
công nghệ xử lý phù hợp theo hướng mang lại hiệu quả và đảm bảo chất lượng môi
trường là hết sức cần thiết.
Trong rác thải đô thị ( chủ yếu là rác thải sinh hoạt ) có hàm lượng chất hữu cơ
chiếm 40- 60%, do đó có thể tận dụng các thành phần này để sản xuất phân bón phục vụ
cho nông nghiệp đồng thời cũng giảm được một phần diện tích bãi chôn lấp vốn rất khó
khăn hiện nay. Phương pháp sinh học xử lý rác thải tạo phân compost vừa đem lại giá trị
kinh tế lại ít gây ô nhiễm môi trường, cho nên có thể đặt ở ngay trong khu đô thị để giảm
bớt chi phí vận chuyển rác thải. Vì vậy, đây là một công nghệ phù hợp và mang tính khả
thi cao để áp dụng cho các thành phố ở nước ta.
Trong bản đồ án này ta sẽ đi vào thiết kế một hệ thống xử lý rác thành phân vi sinh để
góp phần giải quyết lượng rác thải phát sinh ngày càng nhiều ở các đô thị nước ta và
đồng thời cung cấp thêm một lượng phân bón phục vụ cho nông nghiệp.
Nội dung của bản đồ án bao gồm:
- Tổng quan về chất thải rắn đô thị.
- Cơ sở lý thuyết của phương pháp ủ hiếu khí tạo phân compost.
- Thiết kế hệ thống chế biến rác thành phân hữu cơ với công suất 100.000 tấn
rác/năm.
3
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Chương I :
Tổng quan về chất thải rắn đô thị

I.1 Khái niệm về chất thải rắn:
* Theo quan điểm chung: chất thải rắn là toàn bộ các loại vật chất được con người loại
bỏ trong các hoạt động kinh tế xã hội của mình (bao gồm các hoạt động sản xuất, các
hoạt động sống và duy trì sự tồn tại của cộng đồng ). Trong đó quan trọng nhất là các
chất thải sinh ra từ các hoạt động sản xuất và hoạt động sống.
* Theo quan điểm mới: Chất thải rắn đô thị (gọi chung là rác thải đô thị) được định
nghĩa là: Vật chất mà người tạo ra ban đầu vứt bỏ đi trong khu đô thị mà không đòi hỏi
được bồi thường cho sự vứt bỏ đó. Thêm vào đó, chất thải được coi là chất thải rắn đô thị
nếu chúng được xã hội nhìn nhận như một thứ mà thành phố phải có trách nhiệm thu gom
và tiêu hủy.
I.2. Nguồn tạo thành chất thải rắn đô thị:
Các nguồn chủ yếu phát sinh ra chất thải rắn đô thị bao gồm:
- Từ các khu dân cư (chất thải rắn sinh hoạt);
- Từ các trung tâm thương mại;
- Từ các công sở, trường học, công trình công cộng;
- Từ các dịch vụ đô thị, sân bay;
- Từ các hoạt động công nghiệp;
- Từ các họat động xây dựng đô thị;
- Từ các trạm xử lý nước thải và từ các đường ống thoát nước của thành phố.
Như vậy có thể thấy chất thải rắn sinh hoạt là một phần trong chất thải rắn đô thị và
chiếm một tỷ lệ khá lớn cùng với chất thải rắn công nghiệp:
* Chất thải rắn sinh hoạt:
Chất thải rắn sinh hoạt là những chất thải liên quan đến các hoạt động của con người,
nguồn tạo thành chủ yếu từ các khu dân cư, các cơ quan trường học, các trung tâm dịch
vụ thương mại. Chất thải rắn sinh hoạt có thành phần bao gồm kim loại, sành sứ, thuỷ
tinh, gạch ngói vỡ, đất, đá, cao su, chất dẻo, thực phẩm dư thừa, vỏ rau quả Theo
phương diện khoa học, có thể phân biệt các loại chất thải rắn sau:
- Chất thải thực phẩm bao gồm các thức ăn thừa, rau, quả loại chất thải này mang
bản chất dễ bị phân huỷ sinh học, quá trình phân hủy tạo ra các mùi khó chịu, đặc biệt
4

Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
trong thời tiết nóng ẩm. Ngoài các loại thức ăn dư thừa từ các gia đình còn có thức ăn dư
thừa từ các bếp ăn tập thể, các nhà hàng, khách sạn, ký túc xá, chợ
- Chất thải trực tiếp của động vật chủ yếu là phân, bao gồm phân người và phân của
các động vật khác.
- Chất thải lỏng chủ yếu là bùn ga cống rãnh, là các chất thải ra từ các khu vực sinh
hoạt của dân cư.
- Tro và các chất dư thừa thải bỏ khác bao gồm: các loại vật liệu sau đốt cháy, các sản
phẩm sau khi đun nấu bằng than, củi và các chất dễ cháy khác trong gia đình, trong kho
của các công sở, cơ quan xí nghiệp, các loại xỉ than.
- Các chất thải rắn từ đường phố có thành phần chủ yếu là lá cây, que củi, nilong, vỏ
bao gói.
I.3 Tình hình chất thải rắn ở các đô thị Việt Nam:
Trong những năm qua quá trình đô thị hoá đất nước diễn ra với tốc độ khá nhanh.
Mạng lưới đô thị quốc gia được mở rộng và phát triển mạnh, đến nay cả nước có 623 đô
thị các loại, trong đó có 4 thành phố trực thuộc trung ương, 82 thành phố, thị xã trực
thuộc tỉnh, 537 thị trấn, ngoài ra còn có 60 khu công nghiệp đang xây dựng. Dân số đô
thị chiếm 23% dân số cả nước với tỷ lệ tăng dân số là 0,5%. Sự gia tăng dân số và quá
trình đô thị hoá cùng với mức sống ngày càng cao là nguyên nhân chủ yếu làm cho tỷ lệ
phát sinh chất thải rắn đô thị ngày càng tăng. Chất thải rắn sinh hoạt có tỷ lệ phát sinh
đứng thứ hai sau chất thải rắn công nghiệp.
ở Việt Nam, tốc độ phát sinh rác thải tuỳ thuộc vào từng loại đô thị và dao động từ 0,35-
0,8 kg/người.ngày với tỷ trọng 0,5 tấn/m
3
. Các trung tâm đô thị nhỏ tỷ lệ phát sinh là 0,3-
0,5 kg/người.ngày. Dự báo sau 10-15 năm nữa lượng chất thải rắn ở các đô thị lớn của
nước ta sẽ đạt tới trị số giống như ở các đô thị lớn ở các nước Châu á hiện nay, là khoảng
1,2kg/người.ngày. Lượng chất thải rắn trung bình phát sinh từ các đô thị và thành phố
năm 1996 là 16,237 tấn/ngày; năm 1997 là 19,315 tấn/ngày và năm 1998 là 22,210
tấn/ngày. Hiệu suất thu gom dao động từ 40%-67% ở các thành phố lớn và từ 20%-40%

ở các đô thị nhỏ, thậm chí ở một số thị xã và nhiều thị trấn chưa có tổ chức thu gom chất
thải rắn và chưa có bãi đổ rác chung. Lượng bùn cặn trong cống thường lấy theo định kỳ
hàng năm, số lượng trung bình là 822 tấn/ngày.
5
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Bảng I.1: Lượng chất thải rắn phát sinh và tỷ lệ thu gom trên toàn quốc từ
năm1997-1999 [10]
Loại chất thải Lượng phát sinh (tấn/ngày ) Lượng thu gom ( % )
1997 1998 1999 1997 1998 1999
Chất thải sinh hoạt 14.525 16.558 18.879 55 68 75
Bùn, cặn cống 822 920 1.049 90 92 92
Phế thải xây dựng 1.798 2.049 2.336 55 65 65
Chất thải y tế nguy hại 240 152 177 75 75 75
Chất thải công nghiệp
nguy hại
1.930 2.220 2.508 48 50 60
Tổng cộng 19.315 21.797 25.049 56 70 73
Thành phần của rác thải đô thị rất đa dạng và tuỳ thuộc vào tốc độ phát triển kinh tế,
văn hoá và tập quán sinh hoạt của người dân đô thị. Thành phần của rác thải thay đổi theo
mùa, đặc điểm xây dựng của thành phố. Thành phần kích cỡ hạt của chất thải rắn sinh
hoạt có thể lấy như sau: 250-350mm chiếm 4-10%; 150-250 mm chiếm 11-15%; 100-
150mm chiếm 18-22%; 50-100mm chiếm 20-30% và nhỏ hơn 50mm chiếm 30-40%.
Các đặc trưng điển hình của chất thải rắn đô thị:
- Chất thải có nguồn gốc hữu cơ cao (50-60%), đây là điều kiện tốt để chôn, ủ
hay chế biến thành phân bón hữu cơ phục vụ cho nông nghiệp.
- Chứa nhiều đất cát, sỏi đá vụn gạch vỡ, thành phần này không có tính độc hại,
độ ẩm tương đối cao.
Trọng lượng riêng của chất thải rắn đóng vai trò quyết định trong việc chọn lựa chọn
thiết bị thu gom và phương thức vận chuyển. Tại Hà Nội trọng lượng riêng của rác thải
dao động từ 350-450 kg/m

3
, Đà Nẵng là 420 kg/m
3
, Hải Phòng là 580 kg/m
3
, thành phố
Hồ Chí Minh là 500kg/m
3
.
Các đô thị, thành phố của Việt Nam đều đang trên đà phát triển mạnh, lượng chất thải
rắn phát sinh ngày càng nhiều đặc biệt là rác thải sinh hoạt. Do đó việc thu gom xử lý tốt,
triệt để, không gây ô nhiễm môi trường và đem lại nguồn lợi là điều đáng quan tâm, đòi
hỏi phải lựa chọn công nghệ xử lý sao cho phù hợp với tình hình, thành phần và đặc điểm
của rác thải đô thị.
Tổng lượng chất thải rắn của các đô thị ở Việt Nam không lớn nếu so với các nước
trong khu vực và trên thế giới. Tuy nhiên vấn đề đáng lo ngại là việc quản lý chất thải rắn
nguy hại, khó khăn trong việc thu gom xử lý rác cũng như ý thức của người dân chưa cao
vẫn đang là yếu tố gây ô nhiễm. Vì vậy cần phải có biện pháp quản lý và xử lý kịp thời.
6
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
I.4. Hiện trạng quản lý rác thải ở Hà Nội.
Một trong những vấn đề gay cấn nhất về quản lý chất thải rắn đô thị ở nước ta nói
chung và Hà Nội nói riêng là khả năng thu gom còn thấp so với yêu cầu đặt ra. Tỷ lệ thu
gom ở Hà Nội chỉ đạt 65% (năm 1998), trong khi đó khối lượng rác thải phát sinh ngày
càng nhiều và thành phần ngày càng phức tạp. Rác thải ở Hà Nội hầu hết không được
phân loại tại nguồn, đáng chú ý là trong rác có chứa các thành phần nguy hại. Nguyên
nhân chính dẫn đến tình trạng tỷ lệ thu gom chất thải rắn thấp là hầu hết các đô thị đều
thiếu phương tiện vận chuyển rác, thiếu nhân lực, hệ thống quản lý và thu phí đối với
chất thải rắn chưa thích hợp, thiếu vốn đầu tư.
Bảng I.2: Dự báo khối lượng chất thải đô thị thành phố Hà Nội.[2]

(Đơn vị: m
3
/năm)
Loại rác 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Rác sinh hoạt 899.346 1.273.984 1.746.833 2.619.483 3.559.455 5.018.750
Rác đường phố 89.290 125.956 179.667 236.055 304.058 377.667
Rác công nghiệp 100.000 107.202 113.486 122.116 131.886 142.436
Rác bệnh viện 14.600 16.427 19.040 22.093 25.627 29.727
Bùn bể phốt 110.000 122.000 150.000 180.000 216.000 259.200
Rác xây dựng 54.000 72.264 96.705 129.413 138.520 140.000
Tổng cộng 1.267.273 1.717.833 2.305.781 3.309.160 4.327.025 5.967.780
Tại Hà Nội, công ty môi trường đô thị Hà Nội trực thuộc Sở giao thông công chính
Hà Nội là doanh nghiệp có nhiệm vụ thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải trong nội
thành, còn 5 huyện ngoại thành do các xí nghiệp môi trường trực thuộc Uỷ ban nhân dân
huyện quản lý thực hiện việc thu gom xử lý chất thải rắn trên địa bàn huyện. Sở khoa học
và công nghệ môi trường có chức năng quản lý nhà nước về chất thải rắn ở các đơn vị
môi trường, các cơ quan, xí nghiệp công nghiệp, trường học, khu dân cư trên địa bàn
thành phố.
I.4.1 Công nghệ thu gom:
Hiện nay việc thu gom chất thải rắn đô thị ở Hà Nội được tiến hành theo hai bước:
+ Thu gom sơ cấp (thu gom ban đầu): là cách mà theo đó rác thải được thu gom từ
nguồn phát sinh ra nó (nhà ở, cơ sở thương mại…) và chở đến bãi chứa chung, các địa
điểm hoặc bãi chuyển tiếp. Thường thì các hệ thống thu gom sơ cấp bao gồm những xe
chở rác nhỏ, xe hai bánh kéo bằng tay để thu gom rác và chở đến nơi tập kết.
+ Thu gom thứ cấp: Rác từ nơi tập kết sẽ được vận chuyển tới nơi xử lý. Bước thu
gom này do Công ty môi trường đô thị thực hiện.
 Thu gom chất thải sinh hoạt và đường phố:
7
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Hiện nay, lượng chất thải sinh hoạt và đường phố còn lại chưa thu gom được hàng ngày

khoảng 4-7%, một số ít được đổ xuống ao hồ, bãi đất trống.
 Thu gom rác thải bệnh viện:
Chất thải bệnh viện được thu gom và vận chuyển riêng do tính chất đặc biệt nguy hại
của nó. Tuy nhiên nhiều chất thải nguy hại chưa được phân loại, thậm chí còn thải
bừa bãi ra khu vực xung quanh và lẫn vào với rác thải sinh hoạt. Hiện nay mỗi ngày
các bệnh viện ở Hà Nội thải ra từ 11-20 tấn phế thải rắn. Công ty môi trường đô thị
thu gom được 46m
3
/ ngày, trong đó tỷ lệ phế thải nguy hại chiếm 25%.
 Thu gom chất thải công nghiệp:
Hiện nay chỉ có một phần nhỏ chất thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp lớn được
Công ty môi trường đô thị Hà Nội thu gom theo hợp đồng và một số ít cơ sở có xây
dựng hệ thống xử lý nhằm tận dụng lại chất thải. Đối với các cơ sở công nghiệp nhỏ
trong thành phố thì hầu hết chất thải công nghiệp đổ cùng với chất thải sinh hoạt hoặc
xử lý đơn giản chưa có kiểm xoát cụ thể.
 Thu gom phân bùn bể phốt:
Phân bùn bể phốt được Công ty môi trường đô thị Hà Nội thu gom bằng xe chuyên
dụng và được đưa đi xử lý. Lượng phân phát sinh hàng ngày khoảng 350 tấn nhưng
mới chỉ thu gom được 250 tấn do một số bể phốt nằm ở các ngõ nhỏ và quá xa so với
độ dài ống hút của bơm.
I.4.2 Công nghệ xử lý:
 Chất thải sinh hoạt:
Hầu hết rác thải sinh hoạt sau khi thu gom đều được vận chuyển đến bãi rác Nam
Sơn( Sóc Sơn) để chôn lấp, một phần chất thải hữu cơ được đưa đi chế biến thành
phân compost tại xí nghiệp chế biến phế thải đô thị Cầu Diễn.
 Chất thải y tế:
Trong những năm gần đây được sự đầu tư của nhà nước và sự hỗ trợ của nước
ngoài, một số bệnh viện đã được lắp đặt các lò đốt chất thải y tế loại nhỏ như bệnh









 !
"

#$
%&'(
8
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
viện Bạch Mai, bệnh viện lao trung ương, bệnh viện Việt Đức. Điều này đã góp phần
làm giảm các chất ô nhiễm độc hại phát sinh và bảo vệ môi trường.
 Chất thải công nghiệp và bùn thải:
Phần lớn chất thải công nghiệp của Hà Nội do chính các nhà máy thu gom, xử lý
và vận chuyển ra bãi rác chôn lấp chung của thành phố. Trong tương lai, một nhà máy
xử lý chất thải công nghiệp sẽ được bố trí xây dựng tại khu liên hiệp xử lý rác thải
Nam Sơn ( Sóc Sơn- Hà Nội).
Bùn thải thu gom một phần được đưa về xí nghiệp chế biến phế thải đô thị Cầu Diễn
để xử lý làm phân hữu cơ, còn phần lớn được đưa đi chôn lấp, hoặc ủ trong các hố ủ
phân riêng.
I.5. Các biện pháp giảm lượng phát sinh chất thải rắn.
Khối lượng rác sinh ra tại các nguồn xả ngày càng lớn vì vậy việc giảm khối lượng
và đặc tính của chất thải rắn là những vấn đề kỹ thuật đòi hỏi xã hội phải giải quyết
với mục tiêu lâu dài phù hợp với tình hình phát triển và bảo vệ môi trường, bảo đảm
cân bằng sinh thái.
Hiện nay nhu cầu của dân chúng ngày càng cao, số lượng chất thải khổng lồ ngày
càng tăng và do vậy có nhiều sự cố xảy ra trong quá trình quản lý, giải quyết chất thải

rắn tạo thành và xu thế ảnh hưởng của chất thải rắn tới môi trường thiên nhiên ngày
càng tăng. Giai đoạn đầu của vấn đề giảm lượng chất thải là phải nhận thức được rằng
chất thải rắn là loại chất thải không mong muốn, không biết trước được quá trình trao
đổi của nó ở trong vùng và những tác động do chúng gây ra mang tính xã hội. Các
vấn đề liên quan dưới đây sẽ trả lời câu hỏi tại sao việc tạo ra ít chất thải và ít ô nhiễm
là cách lựa chọn tốt nhất:
- Tiết kiệm năng lượng và các nguồn năng lượng gốc.
- Giảm sự khai thác, xử lý, sử dụng các nguồn gây tác động xấu tới môi trường.
- Tăng cường sức khoẻ công nhân và sự an toàn bởi việc giảm sự xuất hiện các
vật liệu có tính độc hại nguy hiểm.
- Giảm chi phí khống chế ô nhiễm và quản lý chất thải.
 Phương thức để giảm chất thải và ô nhiễm:
- Tăng mức tiêu thụ .
- Thiết kế lại các qui trình sản xuất và sản phẩm sao cho sử dụng ít nguyên liệu
hơn.
- Thiết kế và tạo ra các sản phẩm ít gây ô nhiễm và ít nguồn chất thải hơn khi sử
dụng.
- Loại bỏ sự đóng gói không cần thiết.
9
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
- áp dụng công nghệ sản xuất sạch hơn trong sản xuất
- Cần có sự phân loại chất thải tại nguồn.
I.6. Các phương pháp xử lý rác thải.
I.6.1. Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh:
Trong các phương pháp xử lý và tiêu huỷ chất thải rắn, chôn lấp là phương pháp phổ
biến và đơn giản nhất. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên
thế giới. Về thực chất, chôn lấp là phương pháp lưu trữ chất thải trong một bãi rác có phủ
đất lên trên. Chôn lấp hợp vệ sinh là một phương pháp có kiểm soát sự phân huỷ của chất
thải rắn khi chúng được chôn nén và phủ lớp đất trên bề mặt. Chất thải rắn trong bãi chôn
lấp sẽ bị phân huỷ theo thời gian nhờ quá trình phân giải sinh học diễn ra bên trong lớp

rác chôn lấp để tạo ra sản phẩm cuối cùng là các chất giàu dinh dưỡng như các axít hữu
cơ, hợp chất amôn, các chất khí như CO
2
, CH
4
, H
2
S …
Theo qui định của TCVN 6696-2000, bãi chôn lấp hợp vệ sinh phải là khu vực được
qui hoạch thiết kế, xây dựng để chôn lấp các chất thải phát sinh từ các khu dân cư đô thị
và các khu công nghiệp. Bãi chôn lấp chất thải rắn bao gồm các ô chôn lấp chất thải,
vùng đệm, các công trình phụ trợ như trạm xử lý nước rác, trạm thu hồi khí, trạm cung
cấp điện nước, văn phòng làm việc…
I.6.2. Phương pháp thiêu đốt.
Đốt rác là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại rác nhất định
không thể xử lý bằng các biện pháp khác. Phương pháp này sử dụng nhiệt độ cao để thiêu
huỷ tất cả các chất thải có khả năng gây ô nhiễm và tiêu diệt luôn các vi sinh vật có khả
năng gây bệnh. Khí sinh ra cần phải được xử lý để giảm ô nhiễm không khí, phần tro, xỉ
sinh ra sẽ được đem đi chôn lấp.
Phương pháp thiêu đốt chất thải được sử dụng rộng rãi ở những nước phát triển như
Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan, Nhật Bản…ở Việt Nam đã áp dụng phương pháp này nhưng mới
chỉ dùng cho chất thải bệnh viện.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể giảm đến 95% thể tích rác đưa vào đốt, trong
thời gian ngắn có thể tiêu hủy được một lượng rác lớn, thích hợp cho các thành phố có
mật độ dân số cao, đất hẹp. Tuy nhiên giá thành đầu tư và chi phí vận hành của phương
pháp này rất cao, nếu không kiểm soát tốt có thể sẽ gây ô nhiễm không khí.
I.6.3. Phương pháp xử lý sinh học.
Đối với chất thải rắn sinh hoạt, do có chứa một hàm lượng lớn thành phần các chất
hữu cơ dễ phân hủy nên nếu xử lý bằng phương pháp chôn lấp thì không những không
tận dụng được những thành phần này mà còn làm tăng diện tích bãi chôn lấp. Đây là điều

1
0
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
khá bất lợi. Còn việc thiêu đốt chất thải sinh hoạt thì chi phí quá cao và không khả thi với
thực tế nước ta.
Với 40- 60% hàm lượng chất hữu cơ trong thành phần của chất thải rắn sinh hoạt, là
những thành phần thích hợp cho việc xử lý bằng phương pháp sinh học. Do vậy, hướng
xử lý sinh học đối với chất thải rắn sinh hoạt là một hướng đi hết sức có ý nghĩa. Nó giúp
chúng ta tạo ra được những sản phẩm có giá trị từ việc xử lý rác thải.
I.6.3.1. Xử lý yếm khí tạo khí biogas.
Đây là phương pháp sử dụng quá trình phân hủy yếm khí rác thải. Rác thải sau khi
được phân loại sơ bộ các chất vô cơ để tái sử dụng sẽ được đưa vào ủ với điều kiện yếm
khí hoàn toàn. Rác hữu cơ sẽ được các vi sinh vật yếm khí phân giải thành các sản phẩm
khí chủ yếu là CH
4
, là khí có giá trị thu hồi. Sản phẩm cuối cùng của quá trình là một loại
phân hữu cơ dạng lỏng dùng cho nông nghiệp.
Nhược điểm chính của phương pháp là khó vận hành do điều kiện yếm khí nghiêm ngặt.
I.6.3.2. Xử lý hiếu khí tạo phân compost.
Giải pháp xử lý rác thải sinh hoạt bằng phương pháp ủ sinh học để tổng hợp phân bón
hữu cơ là phương pháp có nhiều ưu điểm:
-
Loại trừ được 50% lượng rác thải sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ là
thành phần gây ô nhiễm môi trường đất, môi trường nước, môi trường
không khí.
-
Sử dụng lại được 50% các chất hữu cơ có trong thành phần rác thải để chế
biến làm phân bón phục vụ nông nghiệp theo hướng cân bằng sinh thái, hạn
chế việc nhập khẩu phân hoá học và bảo vệ đất đai.
-

Giảm diện tích đất chôn lấp, tăng khả năng chống ô nhiễm môi trường. Cải
thiện điều kiện sống của cộng đồng.
-
Vận hành đơn giản. Dễ kiểm soát chất lượng sản phẩm.
-
Giá thành tương đối thấp, có thể chấp nhận được.
-
Phân loại được các loại rác thải có thể tái sử dụng phục vụ cho công nghiệp.
Nhược điểm:
-
Mức độ tự động hoá của công nghệ chưa cao.
-
Việc phân loại vẫn phải thực hiện thủ công nên ảnh hưởng đến sức khỏe
của công nhân.
-
Chất lượng sản phẩm chưa cao.
* Công nghệ ủ hiếu khí để xử lý rác thành phân compost:
ủ hiếu khí là công nghệ đang được sử dụng phổ biến trong khoảng hai thập kỷ gần
đây, đặc biệt là ở các nước phát triển như: Tây Ban Nha, Canada, Mỹ…Rác hữu cơ sau
1
1
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
khi được phân loại và nghiền đến kích thước thích hợp sẽ được đưa vào bể ủ có cấp khí
cưỡng bức. Rác hữu cơ sẽ được phân hủy nhờ sự hoạt động của các vi khuẩn hiếu khí với
sự có mặt của oxy. Trong đống ủ, các vi sinh vật (chủ yếu là nhóm vi sinh vật ưa ấm và
ưa nóng) sẽ sử dụng oxy và các chất dinh dưỡng trong rác nguyên liệu để sinh trưởng và
phát triển. Do vậy thể tích rác sẽ giảm đi đáng kể. ở phương pháp này, một lượng nhiệt
khá lớn cũng được sinh ra trong suốt quá trình oxy hoá cacbon trong rác thành CO
2
.

Sự phân hủy hiếu khí diễn ra khá nhanh, chỉ sau khoảng 2-4 tuần rác được phân hủy
hoàn toàn. Các vi khuẩn gây bệnh, trứng côn trùng hay hạt cỏ dại đều bị tiêu diệt do nhiệt
độ cao trong đống ủ. Bên cạnh đó mùi hôi thối cũng được giảm đi đáng kể do quá trình ủ
hiếu khí.
Các phương pháp ủ hiếu khí thường dùng:
+ ủ trong các bể có thổi khí
+ ủ trong các bể có đảo trộn
+ ủ trong thùng quay
a) Kỹ thuật ủ rác thành đống có đảo trộn:
Đây là phương pháp cổ điển nhất, theo phương pháp này rác được chất thành đống có
chiều cao từ 1,5-2,5m. Cứ ba ngày đảo trộn đống rác một lần và ủ trong 4 tuần. Trong
quá trình này người ta sử dụng hoàn toàn các vi sinh vật tự nhiên có trong rác. Nhiệt độ
quá trình ủ thường biến động từ 50-55
0
C, độ ẩm được duy trì trong khoảng 55-60%. Sau
đó rác được để trong khoảng 3-4 tuần không đảo trộn. Trong quá trình này nấm mốc và
xạ khuẩn sẽ chuyển hoá các chất hữu cơ thành mùn.
b) Kỹ thuật ủ rác theo luống cấp khí cưỡng bức:
Quá trình ủ rác làm phân vi sinh theo luống tĩnh có cấp khí được phát triển bởi bộ nông
nghiệp của Mỹ vào những năm 70. Hệ thống ủ theo luống bao gồm 1 hệ thống ống cấp
khí đặt dọc theo luống. Chiều cao của luống thường từ 2 -2,5 m. Thông thường mỗi luống
có 1 máy cấp khí riêng. Chất thải được phân hủy trong thời gian từ 3-5 tuần và ổn định
thêm trong vòng 4 tuần kế tiếp.
c) Kỹ thuật ủ rác trong thiết bị ( hệ thống ủ kín):
Trong phương pháp này rác được đưa vào các thiết bị kín có dung tích khác nhau,
thông thường từ 15-20 m
3
. Hệ thống ủ kín được sử dụng nhằm hạn chế mùi hôi thối bốc
ra từ quá trình phân hủy chất thải hữu cơ cũng như để kiểm soát các điều kiện môi trường
như: dòng không khí vào, nhiệt độ quá trình ủ, lượng vi sinh vật bổ sung… Thời gian lưu

của chất thải trong thiết bị ủ kín kéo dài từ 2-3 tuần nhưng để ổn định tính chất của phân
vi sinh thì cần thời gian dài hơn, có thể từ 4-12 tuần.
1
2
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Chương II :
Cơ sở lý thuyết của phương pháp ủ hiếu khí chế biến phân compost
Chế biến phân compost là một quá trình chuyển hoá chất hữu cơ trong rác thải thành
những chất mùn có tác dụng cải tạo đất trồng.
Nguyên tắc của phương pháp ủ hiếu khí làm phân compost là sử dụng các vi sinh vật
có trong rác hoặc các vi sinh vật bổ sung để phân hủy các chất hữu cơ có trong rác
nguyên liệu. Các vi sinh vật này sử các chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng
phục vụ cho quá trình sống và tổng hợp tế bào đồng thời ổn định các thành phần của rác
tạo thành sản phẩm phân compost.
Quá trình chế biến phân compost bằng phương pháp hiếu khí gồm 2 giai đoạn chính:
+ Giai đoạn đầu ( giai đoạn ủ hiếu khí): ở giai đoạn này, 2 nhóm vi sinh vật hiếu
khí chủ yếu là vi sinh vật ưa ấm và vi sinh vật ưa nóng phát triển mạnh và thực hiện
quá trình phân giải các chất hữu cơ trong rác. Trong giai đoạn này do nhiệt độ đống ủ
cao nên các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt. Một lượng nhiệt khá lớn được sinh ra
là kết quả của hoạt động trao đổi chất. Suốt giai đoạn này kích thước nguyên liệu ủ
giảm dần và sản phẩm phân compost dần được hình thành. Khí sinh ra ở đây chủ yếu
là CO
2
và hơi nước. Việc sử dụng chế phẩm sinh học nhằm bổ sung các chủng vi sinh
vật thích hợp sẽ đẩy nhanh tốc độ quá trình ủ.
+ Giai đoạn cuối ( giai đoạn ủ chín ): các vi sinh vật tiếp tục phân huỷ các chất dinh
dưỡng có thể phân giải, vật liệu ủ trở nên khô hơn và mủn đi. Khi giai đoạn này kết
thúc phân compost sẽ được hình thành.
Các phản ứng xảy ra trong quá trình phân hủy hiếu khí:
Đường, xenluloza, hemixenluloza:

(CH
2
O)
x
+ xO
2
x CO
2
+ x H
2
O + E
Protein ( N hữu cơ) NH
3
NO
2
-
NO
3
-
+ E
S hữu cơ: S + x O SO
4
2-
Phốtphát hữu cơ ( Phytin, Lecithin ) H
3
PO
4
Ca(HPO
4
)

2
Phương trình tổng quát:
1
3
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Xenluloza
Hemixenluloza
Protein + O
2
+ Chất dinh dưỡng Tế bào mới + tế bào chết +
Lignin chất hữu cơ bền vững + CO
2
+
Pectin H
2
O + NO
3
-
+ SO
4
2-
+ Q
Tinh bột
Lipit
Phân compost chính là phần chất hữu cơ bền vững trong phân giải.
II.1. Thành phần rác nguyên liệu làm phân compost.
Không phải thành phần nào trong rác thải sinh hoạt cũng có thể bị phân hủy sinh
học cho nên chỉ có những thành phần hữu cơ trong rác mới là nguyên liệu thích hợp
cho quá trình ủ hiếu khí để làm phân compost. Mà trong rác thải sinh hoạt ở các đô thị
nước ta thành phần chất hữu cơ lại chiếm hàm lượng khá lớn( 40- 60%), độ ẩm cao.

Do vậy việc làm phân compost từ các chất hữu cơ trong rác thải sinh hoạt là một
hướng xử lý chất thải rất phù hợp cho các đô thị nước ta.
Bảng II.1: Tổng hợp các số liệu về thành phần rác thải của Hà Nội. [2]
( Đơn vị: % khối lượng )
Các thành phần
cơ bản
Số liệu
Urenco (1997)
Số liệu
Jica (1998)
Số liệu
thực tế
(2002)
Số liệu
trung bình
Chất hữu cơ 50,27 47,5 55,4 51,06
Giấy 2,72 7,28 3,8 4,6
Plastic, nilon, cao su,
đồ da
0,71 7,47 9,2 5,79
Gỗ vụn, giẻ rách 6,27 1,92 4,06 4,08
Xương,vỏ trai, vỏ ốc 1,06 0,96 1,2 1,07
Gạch, đá sỏi, xỉ than,
đất
7,43 4,41 9,43 7,09
Thuỷ tinh 0,31 0,77 2,3 1,12
Kim loại, vỏ đồ hộp 1,02 0,38 0,4 0,6
Tạp chất khó phân loại 30,21 29,32 14,21 24,58
Độ pH trung bình: 6,57
Độ ẩm: 60 – 67%

Tỷ trọng: 0,38 – 0,416 tấn/m
3

)*)
1
4
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Ngoài các thành phần hữu cơ trong rác thì thành phần phân bùn bể phốt và bùn cặn từ
các trạm xử lý nước thải cũng là nguyên liệu rất tốt cho quá trình chế biến phân compost
và cải thiện chất lượng phân hữu cơ sản xuất ra.
Bảng II.2: Thành phần hoá học của các loại bùn thải [10]
( Theo % trọng lượng khô )
Loại bùn
cặn
Chất
hữu cơ
Nitơ Phốtpho Kali Chất
béo
Xen
Lulo
Chất
khác
Hydrat
carbon
Cặn từ bể
lắng 1
72 - 90 2,4 -0,3 0,6 -1,7 0,2 14 -17 - 33 13 - 25
Bùntừ bể lắng 2
- Bể Biophin
- Bể aeroten

65 -75
65 -75
5,0 - 6,0
3,4
3,09
2,3

-
0,3 - 0,4
5,97
2,60
-
-

-
-
-
-
Bể mêtan 56 -77 3,0 -3,4 2,1- 2,4 - 9 - 13 25 28-35 11 - 27
Thành phần hữu cơ có trong rác bao gồm: xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin, tinh
bột, protein, lipit … Trong đó xenluloza chiếm chủ yếu trong rác thải sinh hoạt nên các vi
sinh vật tự nhiên có trong rác thải chủ yếu là vi sinh vật phân giải xenluloza. Các vi sinh
vật hoạt động mạnh ở những thời điểm khác nhau tuỳ thuộc vào từng giai đoạn, điều kiện
vật lý, nồng độ oxy, nhiệt độ …
1
5
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Bảng II.3: Thành phần chất hữu cơ trong rác thải [18]
Thành
phần

Thành phần hữu cơ ( kg/tấn )
Xenlulo
-za
Hemi-
xenluloza
Pectin Tinh bột
& đường
Lignin
(%)
Protein Lipit Chất
vô cơ
(%)
Chất
khác
(%)
Chất thải
thực phẩm
20 4 6 5 20 6 5 16 1
Chất thải
vườn
30 12 1 2 18 6 2 14 15
Giấy, bìa 80 18 - - 1 - - 1 -
Giẻ rách 98 - - - - - - 2 -
Kim loại - - - - - - - 100 -
Thuỷ tinh - - - - - - - 100 -
Cao su, da - - - - - - - 100 -
Than đá,
gạch vụn
- - - - - - - 100 -
Gỗ 30 7 1 2 10 4 2 54 10

Tạp chất
khác
10 7 1 2 10 4 2 54 10
II.2. Cơ chế phân giải các chất hữu cơ có trong rác thải.
II.2.1. Phân giải xenluloza.
Xenluloza là một trong những thành phần cơ bản của tế bào thực vật. Trong rác thải
xenluloza chủ yếu có trong giấy và rác hữu cơ ( rau quả, thực phẩm). Xenluoza là chất
khá bền vững, nó là một polime mạch thẳng tạo nên bởi các gốc õ – D glucoza liên kết
với nhau bằng liên kết õ(1-4) glucozit. Mỗi phân tử xenluloza có từ 2000 - 10000 gốc
glucoza. Các đơn phân glucoza này có cấu trúc hình dạng ghế. Hàm lượng xenluloza ở
thực vật bậc cao thì không cố định mà thay đổi theo tuổi và loại thực vật. Trong thực vật
hàm lượng xenluloza thường chiếm khoảng 15-40%.
 Cơ chế phân giải :
Bước đầu tiên trong quá trình phân giải xenluloza là sự thủy phân các polyme nhờ
enzym thủy phân. Những enzym hay phức hệ enzym mang tên xenlulaza xúc tác cho sự
chuyển hoá của xenluloza không hoà tan thành những sản phẩm đơn giản hơn có khả
năng hoà tan. Quá trình thuỷ phân bởi enzym xenlulaza cuối cùng kéo theo việc giải
phóng 1 hoặc 2 phân tử đường. Bước xảy ra sau khi thủy phân xenluloza biến đổi tuỳ
1
6
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
thuộc cá thể của vi sinh vật. Đường đơn sẽ được chuyển hoá thành CO
2
ở điều kiện hiếu
khí.
(C
6
H
10
O

5
)
n
C
12
H
22
O
11
C
6
H
12
O
6
C
6
H
12
O
6
CO
2
+ H
2
O + E
 Vi sinh vật phân giải:
+ Vi khuẩn: Pseudomonas, Cellulomonas, Cellvibrio, Bacillus …
Vi khuẩn hiếu khí thường phân huỷ xenluloza để tổng hợp tế bào chất và giải phóng
CO

2
.
+ Xạ khuẩn: Streptomyces, Vibrio, Nocardia, …
+ Nấm: aspergillus chaetomium, Curvularia, trichoderma,…
II.2.2. Phân giải hemixenluloza.
Hemixenluloza là một polyme cấu tạo từ đường đơn, hemixenluloza được chia làm 2
loại:
+ Hemoglycans: có cấu tạo chỉ gồm 1 loại đường đơn liên kết với nhau. Hemoglycans
thường không phải là hemixenluloza quan trọng trong thực vật. Dạng điển hình của
hemoglycans là xylan hoặc galactan.
+ Heteroglycans: đây là những polysaccharit phổ biến hơn, cấu tạo gồm hơn 1 loại
đường hoặc axit uronic trong phân tử. Heteroglycans thường gồm 2- 4 hoặc 5-6 gốc
đường khác nhau cùng tồn tại trong 1 phân tử. Heteroglycans phổ biến nhất trong thực
vật bao gồm: arabinoxylan, arabinogalactans, arabinoglucuronoxylan. Cấu trúc của
những polyme này thường phức tạp, một số có từ 50-200 gốc đường thuộc nhiều loại
đường khác nhau trong phân tử. Hemixenluloza thường phân nhánh.
Chỉ có 1 số loại đường và axit uronic phổ biến là:
-
Pentoza: xyloza và arabinoza
-
Hexoza: glucoza, galactoza và mannoza
-
Axit uronic: axit glucuronic, axit galacturonic.
 Cơ chế phân giải:
Xylan Pentoza CO
2
+ H
2
O
 Vi sinh vật phân giải:

Nấm: aspergillus, Rhizopus, Fusarium, …
Vi khuẩn: Bacillus, Pseudomonas, …
'+
,+  
''+
-
.
/ -
.
/
-
.
/
)*)
1
7
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
II.2.3 Phân giải lignin
Lignin cũng là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật cùng với xenluloza và
hemixenluloza. Nó là hợp chất cao phân tử có chứa trong xác cây thân gỗ 18-30%.
Lignin cấu tạo chỉ gồm 3 nguyên tố là C, H, O và có cấu trúc dạng vòng thơm. Lignin rất
khó bị thuỷ phân, những axit vô cơ nồng độ cao ít có ảnh hưởng đối với phân tử lignin.
Lignin cũng không hoà tan trong nước nóng, dung môi hữu cơ trung tính nhưng hoà tan
trong kiềm.
Phân tử lignin là một polyme của nhân thơm với phenyl-propan ( C
6
- C
3
)
+ R, R’ có thể là H

+ R là H, R’ là OCH
3

+ R, R’ là nhóm OCH
3
( mexophyl)
Quá trình phân huỷ lignin có thể xảy ra trong cả điều kiện hiếu khí và yếm khí. Do
lignin khó bị phân giải bởi enzym nên tốc độ của quá trình phân hủy ( trong cả hai điều
kiện ) đều rất chậm so với sự phân giải xenluloza và hemixenluloza. Lignin được phân
giải qua nhiều giai đoạn với sự tham gia của nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau để tạo ra
mùn.
 Vi sinh vật phân giải:
+ Vi khuẩn: Pseudomonas
+ Nấm: aspergillus, Fusarium, …
II.2.4. Phân giải protein.
Protein là một hợp chất hữu cơ phức tạp, tồn tại dưới dạng protein đơn giản và
protein phức tạp. Protein thường chứa khoảng 1-17,6% nitơ.
Cơ chế phân giải: gồm 3 giai đoạn
- Giai đoạn thủy phân: Trong giai đoạn này protein được phân giải dưới tác dụng
của proteaza tạo thành peptit. Sau đó dưới tác dụng của peptidaza, peptit lại được phân
giải thành các aminoaxit.
Protein Peptit axitamin
- Giai đoạn khử amin: Tách gốc amin của axit amin. Trong thiên nhiên quá trình
khử amin xảy ra theo nhiều cơ chế khác nhau:
+ Khử amin bằng thuỷ phân:
R-CH-COOH + H
2
O R-CHOH-COOH + NH
3
R-CH

2
OH + CO
2
+ NH
3

0
-/
01
23232
#-
.
,+ , 4+,+
1
8
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
+ Khử amin bằng oxihoá:
R-CH-COOH + O
2
R-COOH + CO
2
+ NH
3
R- C-COOH + NH
3

+ Khử amin trực tiếp:
R-CH- CH-COOH R-CH=CH-COOH + NH
3
Sản phẩm của giai đoạn khử amin là các hợp chất hữu cơ, axetol axit, khí CO

2
, NH
3
.
- Giai đoạn phân giải hoàn toàn:
Các hợp chất hữu cơ ( rượu, axit, axetol axit) sẽ bị oxihoá tạo thành CO
2
, NH
3
, H
2
O
 Vi sinh vật phân giải:
+ Vi khuẩn: Bacillus mycoides, Bac. mensentericus,
+ Nấm, xạ khuẩn: Steptomyces griseus, aspergillus, Rhizopus, Mucor, penicillium
II.2.5. Phân giải lipit:
Lipit ( este của glyxerin và axit béo) không tan trong nước, tan trong một số dung
môi hữu cơ. Lipit có nhiều trong các loại chất thải của xí nghiệp sản xuất dầu ăn, các lò
mổ gia súc, nước thải sinh hoạt. Lipit tồn tại dưới 2 dạng:
-
Lipit đơn giản là triglyxerit ( este của glyxerin + 3 axit béo )
-
Lipit phức tạp: thường là este với rượu mạch vòng sterol.
 Cơ chế phân giải:
Giai đoạn đầu của sự phân giải lipit là sự thuỷ phân dưới tác dụng của enzym
lipaza tạo thành glyxerin và axit béo. Sau đó glyxerin tiếp tục bị đường phân tạo
thành axit piruvic rồi tham gia vào chu trình Krep tạo H
2
O và CO
2

còn axit béo bị
phân huỷ tạo thành CH
3
-CO-CoA, chất này tham gia vào chu trình Krep tạo thành
H
2
O + CO
2
Lipit Glyxerin + axit béo

Axit piruvic CH
3
-CO-CoA

CO
2
+ H
2
O CO
2
+ H
2
O
 Vi sinh vật phân giải:
+ Vi khuẩn: Bacterium, Pseudomonas pyocya
+ Xạ khuẩn, nấm mốc: aspergillus, Penicilium
/
#-
.
-

56

7
8 +
,
9
7
#-
.
1
9
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
II.2.6. Phân giải gluxit.
Gluxit là những chất cấu tạo nên thành tế bào thực vật, có trong rác thải chủ yếu ở
dạng tinh bột. Gluxit là những chất dự trữ có ý nghĩa quan trọng như glucoza, fructoza
(trong quả ), saccharoza (trong mía, củ cải đường ),tinh bột (trong hạt, quả). Đó là nguồn
năng lượng cần cho các hoạt động sống và quá trình tổng hợp các chất hữu cơ khác nhau.
Ngoài ra gluxit còn là những sản phẩm trung gian quan trọng trong các quá trình trao đổi
chất như quang hợp, đường phân, chu trình Krep.
 Cơ chế phân giải
Tinh bột Dextin C
12
H
22
O
11
Glucoza axit piruvic
H
2
O + CO

2

 Vi sinh vật phân giải:
Nấm mốc: aspergillus niger, Rhizopus nigricans
II.2.7. Quá trình nitrat hoá.
Là quá trình vô cơ hoá triệt để, oxihóa NH
3
thành NO
3
-
để khai thác năng lượng,
được thực hiện qua 2 giai đoạn;
+ Giai đoạn nitrit hoá:
NH
3
NH
2
OH HNO NHOH HNO
2
+ Giai đoạn oxi hóa:
2HNO
2
+ O
2
= 2 HNO
3
II.2.8. Quá trình phản nitrat hóa.
Là quá trình khử nitrat tạo thành những hợp chất nitơ có hoá trị nhỏ hơn. Quá trình
phản nitrat hoá trong tự nhiên có 2 loại:
- Phản nitrat hoá trực tiếp: xảy ra dưới tác dụng trực tiếp của vi sinh vật.

+ Khử axit nitric thành axit nitrit: do vi khuẩn và nấm hoại sinh
HNO
3
HNO
2
+ H
2
O

+ Một số vi khuẩn có thể tiến hành khử nitrat thành NH
3
HNO
3
NH
3
+ 3H
2
O
+ Nhiều loại vi sinh vật có khả năng khử HNO
2
=> N
2
. Loài vi khuẩn hoạt động nhất
là Bac. denitrificans, Pseudomonas fluorescens.
- Phản nitrat hoá gián tiếp:
:'+
56 
;'+
7
<=./

.
/-
<=./
.

>-
?
2
0
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
+ Giai đọan oxi hóa HNO
3
=> HNO
2
+ Giai đoạn khử : các axit amin hình thành trong giai đoạn thủy phân protein sẽ
phản ứng với HNO
2
tạo thành axit hữu cơ, nước và giải phóng N
2
.
II.2.9. Quá trình sunfat hoá:
Thực chất là quá trình vô cơ hoá S hữu cơ, khoáng hoá S hữu cơ thành các muối
sunfat. Quá trình sunfat hoá thực hiện được chủ yếu là nhờ quá trình oxi hóa và thường
quá trình oxi hoá xảy ra theo từng bước:
- oxi hoá H
2
S
2 H
2
S + O

2
S
2
+ 2H
2
O + 65 kcal
S
2
lại được các vi sinh vật oxi hóa thành H
2
SO
4
- oxi hoá muối
Na
2
S
2
O
3
+ 2O
2
+ H
2
O Na
2
SO
4
+ H
2
SO

4
+ 500 kcal
Các vi sinh vật có khả năng oxi hoá S
2
trực tiếp chủ yếu là Chromo Pseudomonas, oxi
hoá H
2
S chủ yếu là Proteus, oxi hoá muối chủ yếu là Thiobacillus
II.2.10. Quá trình biến đổi photpho.
Photpho là một chất dinh dưỡng quan trọng cần thiết để nâng cao chất lượng mùa
màng. Photpho hữu cơ chủ yếu ở dạng phytin, axit nucleic và lecithin. Phytin, axit
nucleic, lecithin được khoáng hoá bởi các enzym phytaza, nucleaza và lecithinaza.
Enym phytaza thủy phân liên kết este photphat ở những muối hoà tan của axit phytic
thành inositol và H
3
PO
4
.
Quá trình chuyển hoá photpho dưới tác dụng của vi sinh vật thường xảy ra dưới 2 dạng:
- Chuyển hoá các hợp chất photpho dưới dạng không tan thành dạng dễ tan hơn.
- Chuyển hoá photpho ở dạng hợp chất hữu cơ phức tạp thành photpho ở dạng các hợp
chất hữu cơ đơn giản hơn.
 Vi sinh vật phân giải:
Các vi sinh vật phân hủy photpho vô cơ khó tan thành dạng dễ tan gồm: Pseudomonas,
Aspergillus niger, Penicillium, Bacillus
II.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ hiếu khí và chất lượng sản phẩm.
II.3.1. Tỷ lệ C: N.
Tỷ lệ C/N của rác hữu cơ là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới quá trình chế biến
phân compost. Quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ thành chất mùn được thực hiện chủ
yếu bởi các vi sinh vật và do đó bị ảnh hưởng bởi các thành phần của cacbon và nitơ có

mặt trong rác thải hữu cơ ban đầu. Các vi sinh vật cần cacbon để phát triển và nitơ để
tổng hợp protein. Tỷ lệ C/N = 30/1 có lẽ là tối ưu nhất cho hiệu quả quá trình làm phân.
2
1
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Khi vật liệu hữu cơ nghèo N hay tỷ lệ C/N cao thì hoạt động của vi sinh vật bị suy giảm
và thời gian phân hủy kéo dài. ở tỷ lệ C/N thấp hơn, NH
3
được hình thành dưới điều kiện
thuận lợi và có thể bị oxi hoá thành nitrit và nitrat. Một số chất dinh dưỡng khác như P,
K, S và chất vi lượng thì cũng cần thiết để vi sinh vật phát triển. ở tỷ lệ thấp hơn nữa
dưới điều kiện không thuận lợi sẽ làm tăng việc mất NH
3
. Nếu tỷ lệ C/N cao hơn có thể
kéo dài thời gian làm phân compost. Do vậy để giảm thời gian phân hủy nếu vật liệu hữu
cơ có tỷ lệ C/N cao thì phải bổ sung vật liệu hữu cơ giàu nitơ như lá cây tuơi, phân xí
máy, bùn cặn, rỉ đường
II.3.2. Kích thước nguyên liệu và đảo trộn.
Kích thước nguyên liệu và việc đảo trộn nguyên liệu có ảnh hưởng lớn đến tốc độ
quá trình ủ hiếu khí cũng như chất lượng sản phẩm. Thời gian làm phân compost có thể
sẽ nhanh hơn nếu rác hữu cơ được nghiền, xé thành những mẩu nhỏ hơn. Khi đó rác
nguyên liệu sẽ trở nên thích hợp hơn đối với vi sinh vật phân hủy, cũng như làm tăng
diện tích tiếp xúc của rác đối với không khí. Kích thước của rác hữu cơ tốt nhất cho quá
trình ủ nằm trong khoảng từ 25- 75 mm, nhỏ hơn 50 mm là tốt nhất.
Tỷ lệ C/N và % độ ẩm là hai thông số quan trọng được quan tâm khi phối trộn và đảo
trộn với các loại chất hữu cơ khác. Có thể không cần đảo trộn nếu tỷ lệ C/N nằm trong
khoảng 25-50, mặc dù tỷ lệ C/N từ 30-40 là tốt hơn. Nếu nguyên liệu mà nghèo nitơ thì
cần phải bổ sung các chất chứa nhiều nitơ như phân xí máy, bùn cặn, rỉ đường để đạt
được tỷ lệ C/N gần tối ưu. Tương tự nếu vật liệu quá khô hay quá ẩm cũng cần có sự
phối trộn và đảo trộn để giảm điều kiện yếm khí và phát sinh mùi.

II.3.3. Độ ẩm.
Độ ẩm của rác ảnh hưởng đến quá trình chế biến phân compost vì nó hòa tan các
chất dinh dưỡng khuyếch tán vào trong tế bào vi sinh vật và nó cũng là thành phần để
hình thành nên tế bào vi sinh vật. Nếu hàm lượng độ ẩm trong đống ủ hiếu khí thấp hơn
40% thì sự phân hủy sẽ chậm lại. Sự phân hủy hiếu khí có thể diễn ra tại hàm lượng độ
ẩm từ 30-100%. Suốt quá trình ủ hiếu khí, hàm lượng độ ẩm cao nên được duy trì để điều
kiện kỵ khí không tạo ra. Độ ẩm ở mức 50-60% là tối ưu nhất cho quá trình ủ hiếu khí.
Tuy nhiên độ ẩm có thể từ 40-80% tùy thuộc vào bản chất của vật liệu hữu cơ làm phân
compost.
II.3.4 Nhiệt độ.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình làm phân bởi vì nó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của
các vi sinh vật có trong rác thải. Ta biết rằng mỗi loại vi sinh vật phát triển trong một
2
2
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
khoảng nhiệt độ nhất định. Ngoài khoảng nhiệt độ đó vi sinh vật sẽ bị hạn chế sự phát
triển. Tuỳ theo quan hệ với vùng nhiệt độ mà có thể chia vi sinh vật thành 3 nhóm:
-
Nhóm vi sinh vật ưa lạnh: sinh trưởng tốt nhất ở 0-10
0
C
-
Nhóm vi sinh vật ưa ấm: sinh trưởng tốt nhất ở 27-35
0
C
-
Nhóm vi sinh vật ưa nóng: sinh trưởng tốt nhất ở 50-60
0
C
Với rất nhiều chủng vi sinh vật có trong đống ủ hiếu khí, nhiệt của phản ứng phân giải

toả nhiệt nhận được đủ thích hợp để các vi sinh vật phát triển. Và khi nhiệt độ lớn hơn
40
0
C, những vi sinh vật ưa ấm được thay thế bởi các vi sinh vật ưa nhiệt. Nhiệt độ cao
trong đống ủ là cần thiết để tiêu diệt các mầm bệnh và hạt cỏ dại. Điều này xảy ra trong
2-5 ngày đầu tiên của quá trình ủ hiếu khí. Nhịêt độ ở giữa đống ủ lên đến 55- 70
0
C và
sau đó nhiệt độ này giảm dần đến nhiệt độ xung quanh. Sự phân hủy diễn ra nhanh nhất
trong trạng thái ưa nhiệt. Nhiệt độ tối ưu cho sự oxi hoá các chất hữu cơ thành CO
2
và
H
2
O là khoảng 60
0
C. Nếu nhiệt độ quá cao trong đống ủ kéo dài sẽ làm quá trình phân
giải giảm do một số vi sinh vật ưa nhiệt bị tiêu diệt. Phạm vi của sự tăng nhiệt độ trong
đống ủ sẽ phụ thuộc vào loại vật liệu tồn tại trong đống ủ và kích thước của đống ủ.
Bảng II.4: Nhiệt độ và thời gian cần thiết để tiêu diệt mầm bệnh trong đống ủ[17]
Vi sinh vật Điểm nhiệt độ chết và thời gian tiếp xúc
Salmonella typhosa Không sinh trưởng ở 46
0
C, chết trong 30’ ở 55-
60
0
C và trong 20’ ở 60
0
C
Salmonella sp Chết trong 1h ở 55

0
C và trong15-20’ ở 60
0
C
Shigella sp Chết trong 1h ở 55
0
C
escherichia coli Chết trong 1h ở 55
0
C và trong 15-20’ ở 60
0
C
Entamoeba histolytica cysts Chết trong vài phút ở 45
0
C và vài giây ở 55
0
C
Taenia saginata Chết trong vài phút ở 55
0
C
Trichinella spiralis larvae Chết nhanh chóng ở 55
0
C và chết ngay lập tức ở
60
0
C
Brucella abortus Chết trong 3’ ở 62-63
0
C và trong 1h ở 55
0

C
Micrococcus pyogenes var.aureus Chết trong 10’ ở 50
0
C
Streptococcus pyogenes Chết trong 10’ ở 54
0
C
Mycobaterium tuber culosis Chết trong 15-25’ ở 66
0
C và trong chốc lát ở 67
0
C
Corynebacterium diphtheriae Chết trong 45’ ở 55
0
C
ascaris lumbricoides eggs Chết trong 1h ở nhiệt độ lớn hơn 50
0
C
Nocato ramericanus Chết trong 50’ ở 45
0
C
2
3
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
II.3.5. Độ pH.
Mỗi loài vi sinh vật thích ứng với một khoảng pH riêng biệt. Độ pH của môi trường
không những ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự sinh trưởng mà còn ảnh hưởng trực tiếp hoặc
gián tiếp đến quá trình trao đổi chất của vi sinh vật:
- Trực tiếp làm thay đổi sự tích điện bề mặt tế bào và ảnh hưởng tới hoạt tính của các
enzym.

- Gián tiếp làm thay đổi sự phân bố các cấu tử thức ăn do đó ảnh hưởng tới sự khuyếch
tán các chất dinh dưỡng vào trong tế bào vi sinh vật.
Giá trị pH đầu tiên trong đống ủ compost thường mang tính axit nhẹ ( xung quanh giá
trị pH = 6 ). Những sản phẩm axit hữu cơ trong suốt trạng thái đầu của quá trình ủ là
nguyên nhân làm tính axit cao hơn pH = 4,5-5. Nhưng khi nhiệt độ tăng pH sẽ tăng đến
giá trị kiềm nhẹ ( pH =7,5-8,5 ).
II.3.6. Sự cấp khí.
Đối với quá trình làm phân hữu cơ bằng phương pháp hiếu khí thì cấp khí là yếu tố
rất quan trọng. Cấp khí nhằm cung cấp oxy cho các vi sinh vật hiếu khí tiến hành phân
giải các chất hữu cơ trong rác một cách nhanh chóng đồng thời có tác dụng tản nhiệt khi
nhiệt độ trong đống ủ cao. Nếu cấp khí không tốt lượng oxy cung cấp không đủ, không
đều sẽ xuất hiện những vùng yếm khí và làm phát sinh mùi từ đống ủ.
Oxy được cung cấp vào bể ủ qua 2 con đường:
-
Sự khuyếch tán của không khí: chiếm tỷ lệ không đáng kể
-
Thổi khí cưỡng bức: nguồn cung cấp chủ yếu.
II.3.7. Vi sinh vật.
Trong rác thải ban đầu có sẵn một lượng vi sinh vật cần cho quá trình phân hủy các
chất hữu cơ nhưng với số lượng nhỏ cho nên thời gian phân huỷ sẽ kéo dài. Do vậy cần
phải bổ sung các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải mạnh để rút ngắn thời gian của
quá trình. Các vi sinh vật bổ sung này phải được phân lập, lựa chọn và nhân giống để
đảm bảo các yêu cầu:
+ Phải sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường tại đống ủ.
+ Phải có khả năng sinh enzym có hoạt tính cao và ổn định.
+ Có tác dụng cải tạo đất, nuôi cấy dễ dàng.
+ Không độc hại cho người, động thực vật
Trong đống ủ compost các nhóm vi sinh vật thay đổi trong suốt quá trình ủ. Nấm và vi
khuẩn sản xuất axit xuất hiện trong trạng thái ưa ấm. Khi nhiệt độ tăng đến hơn 40
0

C, các
nhóm vi sinh vật ưa ấm này sẽ được thay thế bởi vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm ưa nhiệt.
2
4
Đồ án tốt nghiệp - K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Cuối cùng vi khuẩn ưa ấm sẽ tái xuất hiện khi nhiệt độ quá trình giảm xuống. Rất nhiều
vi khuẩn hiếu khí có mặt đầu tiên và sinh sôi nảy nở nhưng sau khi tăng cường hoạt động
thì số lượng của chúng bắt đầu giảm theo sự thay đổi của nhiệt độ môi trường đống ủ.
Vai trò của vi khuẩn có thể được nhận thấy trong việc tăng nhiệt độ của đống ủ để các vi
sinh vật ưa nhiệt phát triển. Vi khuẩn ưa ấm phát triển mạnh trong một khoảng thời gian
nhất định, chúng tiêu thụ và phân giải hầu hết cacbonhydrat và protein. Xạ khuẩn giúp
phân giải tinh bột. Vi khuẩn ưa nhiệt không giữ vai trò quan trọng trong phân gải
xenluloza và lignin nhưng tham gia phân giải protein, lipit và hemixenluloza. Lignin rất
khó phân giải. Xạ khuẩn ưa nhiệt thì giữ vai trò quan trọng trong phân giải xenluloza.
Nấm ưa nhiệt xuất hiện khi nhiệt độ trong khoảng 40-60
0
C và có hiệu quả hơn nấm ưa
ấm trong việc sử dụng xenluloza và hemixenluloza.
Đồ án tốt nghiệp – K44 Viện khoa học và công nghệ môi trường
Chương III:
Công nghệ chế biến phân compost
III.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.
 @
A&
BCD
'
*E@ '!
F'GHEIJK
BCLMN
*L

O!
P.<EQ
O
P.>EQ
*E@ '
!F'GI<K
RS '
PHE'T?RE9UQ
;'V
 W
#X,X7
5YR 7Z
BCLMN
;'VV
0[$
0!F
'F
2\]
)*)
*$
2'\

7!
-
.
/
7'
7'
#'XO4X
^X___

#'X\!Y
O
,R`
%&'(