NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ NGUỒN
NGUYÊN LIỆU BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC
THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ AN
ĐINH THÁI BÌNH
Ngành: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
Niên khoá: 2005 – 2009

Tháng 08/2009


NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU
BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SINH HOẠT ĐÔ THỊ

Tác giả

NGUYỄN THẾ AN
ĐINH THÁI BÌNH

Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Công nghệ Hoá học

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. LÊ TẤN THANH LÂM

Tháng 08/2009


LỜI CẢM ƠN
Với tất cả lòng kính trọng và biết ơn, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành
đến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Nông lâm TP Hồ Chí
Minh, là những người đã tận tình truyền đạt những kiến thức hữu ích và quý báu trong
suốt quá trình học Đại học từ năm 2005 – 2009.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Lê Tấn Thanh Lâm, người đã tận
tình hướng dẫn và truyền đạt nhiều bài học và kiến thức cần thiết để chúng em có thể
hoàn thành tốt khóa luận và vững bước trên con đường sắp tới.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám đốc, các anh chị công tác trong
phòng Kế hoạch - Kỹ thuật – Tổng hợp của xí nghiệp quản lý nước thải Đà Lạt và
phòng Kỹ thuật của Công ty phân bón Thiên Sinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
chúng em thực tập, tham quan trong suốt quá trình làm khóa luận của mình.
Xin cảm ơn tất cả các bạn sinh viên lớp DH05HH đã quan tâm, giúp đỡ, động
viên và chia sẽ những niềm vui, nỗi buồn trong suốt 4 năm Đại học cũng như trong
thời gian thực hiện khóa luận.
Lời cuối cùng, chúng con xin dành trọn lòng biết ơn sâu sắc đến ông bà, cha mẹ
đã luôn yêu thương, chăm sóc, động viên và luôn dành cho chúng con những gì tốt đẹp
nhất để đạt được những kết quả như ngày hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm tác giả thực hiện
Nguyễn Thế An
Đinh Thái Bình

i

TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu và sản xuất phân hữu cơ từ nguồn nguyên liệu bùn thải
của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị” đã được tiến hành tại khoa Công
nghệ Môi trường - Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, thời gian từ 01/03/2009 đến
30/07/2009. Đề tài bao gồm những nội dung cơ bản như sau:
Tìm hiểu các loại phân hữu cơ, quy trình sản xuất phân hữu cơ, và các yếu tố
ảnh hưởng đến quá trình ủ phân.
Khảo sát các đặc tính của bùn thải, các nghiên cứu về bùn thải đã được thực
hiện ở Việt Nam hiện nay.
Phân tích các chỉ tiêu Nitơ trong bùn thải được thu nhận từ nhà máy xử lý nước
thải Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng cho thấy hàm lượng Nitơ cao (% N = 3,2 ) thích hợp cho
việc sản xuất phân hữu cơ. Vì tỉ lệ C/N thấp nên cần phải bổ sung thêm các nguyên
liệu khác để đạt được tỉ lệ C/N tối ưu là 20 - 30/1.
Tiến hành phân tích các chỉ tiêu về Nitơ, Carbon, độ ẩm trong nguyên liệu bổ
sung. Từ đó xác định nguyên liệu bổ sung thích hợp cho quá trình làm phân hữu cơ với
bùn thải là rơm rạ và bã mía dựa vào tỉ lệ C/N.
Tiến hành ủ mẻ 1 sử dụng vi sinh vật có sẵn trong phân bò. Kết quả phân tích
hàm lượng Nitơ tổng, nhiệt độ, độ ẩm cho thấy khả năng phân giải chất hữu cơ chưa
đạt yêu cầu. Từ đó tìm ra nguyên nhân và hướng khắc phục cho mẻ ủ 2.
Tiến hành ủ mẻ 2 sử dụng chế phẩm sinh học BioVAC thay cho phân bò, giảm
sự thất thoát nhiệt bằng cách cho các nghiệm thức vào thùng xốp cách nhiệt, các
nguyên liệu được xử lý sơ bộ trước khi đem ủ. Kết quả phân tích cho thấy Nitơ hữu
hiệu tăng dần (ở nghiệm thức BBS – 1.1, Nitơ hữu hiệu đã tăng từ 0,228% đến
0,578%), Nitơ tổng giảm dần (ở nghiệm thức BBS – 1.1 Nitơ tổng đã giảm từ 2,463%
đến 1,385%), sản phẩm thu được sau 30 ngày trở nên ổn định, không có mùi hôi thối,
màu nâu sẩm đặc trưng. Nhiệt độ tăng nhưng vẫn chưa đạt đến mức yêu cầu. Hàm
lượng các chất dinh dưỡng %N = 1,251, %P = 0,262, %K = 0,25 thu được tuy chưa đạt
tỉ lệ phân bón hiện hành nhưng có tỉ lệ cao hơn so với các loại phân hữu cơ được làm

từ các nguyên liệu khác.

ii


Tiến hành ủ mẻ 3 với quy trình tương tự như mẻ 2, đồng thời bổ sung thêm
phân bò để khảo sát sự thay đổi của hàm lượng Nitơ hữu hiệu. Chấp nhận sự thất thoát
về nhiệt độ trong khi ủ khi cho vào các thùng xốp vì khối ủ nhỏ. Kết quả cho thấy
rằng, khi có thêm phân bò khả năng phân hủy diễn ra mạnh mẽ, hàm lượng Nitơ hữu
hiệu tăng ở mức cao.
Ứng dụng kết quả thu được và quá trình tham quan thực tế tại nhà máy sản xuất
phân bón Thiên Sinh để thiết kế quy trình sản xuất quy mô công nghiệp với năng suất
là 50 tấn/ngày. Giá thành sản xuất 1kg phân bón theo tiêu chuẩn 10TCN 526 – 2002 là
976.74 VNĐ.

iii


ABSTRACT
Subject “the research and procedure organic fertilizer from digested sludge
of municipal wastewater treatment plant” was made in Department of
Invironmental Teachnology – The University of Agriculture and Forestry, priod of
time from 01/03/2009 to 30/07/2009. In which incluces basically following contents:
Learning about some kinds of organic fertilizer, produce process and affected
factor to gloomy pile.
Carry out survey digested slugde property, researchs on it that implemented in
Viet Nam today.
Analysis on Nito target was taken from Da Lat city of Lam Dong province
showed that disgested slugde has high Nito content (%N = 3.2) suitable for produce
organic fertilizer. Nevertheless, with lowed C/N ratio that necessary to supplement

Carbon target.
Analysis on targets as Carbon, Nito, moisture in supplemented materials that
was taken from Thu Duc district of Ho Chi Minh city, then determine suitable in them
for proceduring organic fertilizer with disgested slugde is straw and bagasse depend on
C/N ratio.
Carry out experiment 1 used available microorganism in cow pat. The
analytical result for total Nito, temperture, moisture targets showed that decomposition
of organic matter is lower expectation. Thence, find out the reason and the way to
overcome in the next time.
Carry out experiment 2 used biological material BioVAC replaces for cow pat,
reduces thermal energy loss by put piles on isulating cask. Raw materials were tackled
as reduce size and supplement moisture before gloomy making. The result showed that
effective Nito target gradually increase (as in BBS – 1.1 treatment, effective Nito has
raised from 0.228% to 0.578%) and total Nito taget gradually decrease (such as in
BBS – 1.1 treatment has reduced total Nito from 2.463% to 1.385%). Produce after 30
days become stable, smelly odourless, duck color. Temperature was higher than fisrt
experiment, but had not gotten expectation yet. Nutritional contents %N = 1.251, %P =
0.262, %K = 0.25 in produce got higher than organic fertilizers that was made from
iv


other sewage, but had not gotten Vietnamise Standard about organic fertilizer 10TCN
526 – 2002.
Carry out experiment 3 similar with experiment 2 process, stimutaneous
supplement cow pat to survey the change of effective Nito target. Acception temperure
loss in gloomy pile when inserting in isulating cask because of small pile. The result
showed that, when having cow pat, decomposition of organic matter occurred become
stronger than experiment 2, effective Nito always increases in high level with 0.784
content representative.
Hands-on experiments were taken out from visiting Thien Sinh organic

fertilizer factory and applies the received result to design produce process in industry
scale with productivity is 50 tons per day. Cost price for 1kg organic fertilizer
following 10TCN 526 – 2002 standard is 976.74 VND.

v


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i
TÓM TẮT ..................................................................................................................... ii
ABSTRACT ................................................................................................................. iv
MỤC LỤC .................................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................x
DANH SÁCH CÁC HÌNH.......................................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xii
Chương 1 ........................................................................................................................1
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề.............................................................................................................1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................2

1.2.1. Mục tiêu tổng quát................................................................................................2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể .....................................................................................................2
1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................2

1.3.1. Địa điểm ...............................................................................................................2
1.3.2. Thời gian...............................................................................................................2
1.3.3. Chỉ tiêu phân tích .................................................................................................2
1.4.

Nội dung nghiên cứu ............................................................................................3

1.4.1. Tổng hợp tài liệu...................................................................................................3
1.4.2. Thực địa................................................................................................................3
1.4.3. Kiểm tra mẫu đầu vào ..........................................................................................3
1.4.4. Kiểm tra sản phẩm trong quá trình ủ....................................................................3
1.4.5. Kiểm tra sản phẩm đầu ra.....................................................................................3
1.4.6. Làm báo cáo .........................................................................................................3
1.5.

Phương pháp nghiên cứu......................................................................................3

1.5.1. Lấy mẫu ................................................................................................................3
1.5.2. Ủ ...........................................................................................................................3
1.5.3. Phân tích ...............................................................................................................3
vi


1.5.4. Thống kê và xử lí số liệu ......................................................................................3
1.6.

Ý nghĩa của đề tài .................................................................................................4

1.6.1. Môi trường............................................................................................................4

1.6.2. Kinh tế ..................................................................................................................4
1.6.3. Xã hội ...................................................................................................................4
Chương 2 ........................................................................................................................5
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ........................................................................................5
2.1.

Định nghĩa phân hữu cơ .......................................................................................5

2.2.

Phân loại ...............................................................................................................5

2.2.1. Phân chuồng .........................................................................................................5
2.2.2. Phân rác ................................................................................................................5
2.2.3. Phân xanh .............................................................................................................6
2.2.4. Phân vi sinh ..........................................................................................................6
2.3.

Các nghiên cứu trong nước ..................................................................................6

2.3.1. Xử lý bùn thải phục vụ sản xuất công nông nghiệp .............................................6
2.3.2. Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải chứa kim loại nặng bằng
ứng dụng quá trình ổn định hóa rắn.................................................................................6
2.3.3. Sản xuất phân hữu cơ chất lượng cao từ rác ........................................................7
2.4.

Các phương pháp sản xuất phân hữu cơ...............................................................8

2.4.1. Phương pháp hiếu khí...........................................................................................8
2.4.2. Phương pháp yếm khí...........................................................................................8

2.4.3. Phương pháp tùy nghi [6].....................................................................................9
2.5.

Sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải bằng phương pháp yếm khí ............................9

2.5.1. Nguyên liệu bổ sung...........................................................................................11
2.5.2. Quy trình sản xuất ..............................................................................................12
2.5.3. Sự phân giải của bùn trong quá trình ủ ..............................................................12
2.5.4. Các quá trình vi sinh trong khi ủ ........................................................................14
2.5.5. Chế phẩm sinh học BioVAC ..............................................................................15
2.5.6. Các yếu tố ảnh hưởng.........................................................................................16
2.5.7. Kết quả của quá trình ủ phân..............................................................................17
Chương 3 ......................................................................................................................18
vii


VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................18
3.1.

Bố trí thí nghiệm.................................................................................................18

3.1.1. Thí nghiệm thăm dò ...........................................................................................18
3.1.2. Lựa chọn các nguyên liệu bổ sung .....................................................................18
3.1.3. Lấy mẫu bùn thải ................................................................................................20
3.1.4. Bố trí nghiệm thức..............................................................................................20
3.1.5. Kiểm soát quá trình ủ phân.................................................................................21
3.2.

Tiến hành ủ phân và phân tích các chỉ tiêu ........................................................21

3.2.1. Ủ phân ................................................................................................................21
3.2.2. Phân tích hàm lượng Carbon trong nguyên liệu bổ sung ...................................23
3.2.3. Phân tích hàm lượng Nitơ tổng ..........................................................................24
3.2.4. Phân tích hàm lượng Nitơ dễ tiêu trong sản phẩm bằng phương pháp Kjeldahl ...
............................................................................................................................26
3.2.5. Phân tích hàm lượng Nitơ dễ tiêu trong sản phẩm bằng phương pháp Nessler .28
3.2.6. Xác định độ ẩm của phân ...................................................................................30
Chương 4 ......................................................................................................................31
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................................31
4.1.

Kết quả phân tích nguyên liệu đầu vào ..............................................................31

4.1.1. Bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt ...........31
4.1.2. Nguyên liệu bổ sung...........................................................................................32
4.2.

Thí nghiệm 1: Mẻ 1 ............................................................................................35

4.2.1. Kết quả phân tích nhiệt độ, độ ẩm......................................................................35
4.2.2. Kết quả phân tích Nitơ tổng ...............................................................................36
4.3.

Thí nghiệm 2: Mẻ 2 ............................................................................................38

4.3.1. Cách thực hiện....................................................................................................38
4.3.2. Kết quả phân tích nhiệt độ, độ ẩm......................................................................39
4.3.3. Kết quả phân tích Nitơ tổng mẻ 2 ......................................................................42
4.3.4. Kết quả phân tích Nitơ hữu hiệu mẻ 2 ...............................................................43
4.3.5. So sánh hiệu quả khi ủ bùn thải với nguyên liệu rơm rạ và với bã mía .............47

4.3.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng Nitơ trong khi ủ ..............48
4.3.7. Các kết quả phân tích chất lượng sản phẩm của mẻ 2 .......................................49
viii


4.3.8. Nhận xét thí nghiệm 2 ........................................................................................50
4.4.

Thí nghiệm 3: Mẻ 3 ............................................................................................50

4.4.1. Kết quả phân tích Nitơ hữu hiệu ........................................................................50
4.4.2. Ảnh hưởng của thời gian ủ lên hai nghiệm thức BBS-1 và BBS-2 của mẻ 3 ....52
4.4.3. Nhận xét thí nghiệm 3 ........................................................................................53
4.5.

Nhận xét chung các thí nghiệm ..........................................................................53

4.6.

Mở rộng ..............................................................................................................54

4.6.1. Quy trình.............................................................................................................54
4.6.2. Nhà xưởng ..........................................................................................................59
4.6.3. Thiết bị máy móc................................................................................................60
4.6.4. Tính toán kinh tế.................................................................................................61
Chương 5 ......................................................................................................................66
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................66
5.1.

Kết luận ..............................................................................................................66

5.2.

Kiến nghị ............................................................................................................68

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................70
Phụ lục 1 – HÌNH ẢNH MINH HỌA
Phụ lục 2 – CHI TIẾT CÁC BẢNG ANOVA VÀ LSD
Phụ lục 3 – ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ CÓ TRONG QUY TRÌNH
Phụ lục 4 – KẾT QUẢ GỬI MẪU PHÂN TÍCH

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TCN:

Tiêu Chuẩn Ngành

C/N:

Tỉ lệ Carbon/Nitơ

LSD:

Least Significant Difference

ANOVA:

Analysis Of Variance

PSM:

Phosphate Solubilizing Microorganisms.

TK:

Tinh khiết

OC:

Organic Carbon

OM:

Organic Material

NT:

Nghiệm thức

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Quy trình sản xuất phân hữu cơ....................................................................12
Hình 2.2: Tiến trình phát triển của vi sinh vật..............................................................14
Hình 3.1: Giao diện chính của phần mềm stagraphic...................................................19
Hình 3.2: Giao diện dùng để nhập số liệu ....................................................................19
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm lấy mẫu ...................................................................20

Hình 3.4: Quy trình ủ phân...........................................................................................22
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của nhiệt độ, độ ẩm của mẻ 1.......................36
Hình 4.2: Đồ thị kết quả phân tích hàm lượng Nitơ tổng mẻ 1....................................37
Hình 4.3: Đồ thị nhiệt độ của sản phẩm mẻ 2 ..............................................................39
Hình 4.4: Đồ thị độ ẩm của sản phẩm mẻ 2 .................................................................41
Hình 4.5: Đồ thị kết quả phân tích hàm lượng Nitơ tổng mẻ 2....................................42
Hình 4.6: Đồ thị kết quả phân tích hàm lượng Nitơ hữu hiệu mẻ 2.............................43
Hình 4.7: Đồ thị đường hiệu của nghiệm thức BBS-2.1, BBS-2.2 ..............................45
Hình 4.8: Đồ thị đường hiệu của nghiệm thức BBS-1.1, BBS-1.2 ..............................46
Hình 4.9: Đồ thị Nitơ hữu hiệu nghiệm thức BBS-1, BBS-2.......................................51
Hình 4.10: Bùn thải của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Đà Lạt ............................55
Hình 4.11: Thiết bị nghiền, sàng (công ty sản xuất phân bón Thiên Sinh) ..................55
Hình 4.12: Rơm rạ và bã mía được băm nhỏ................................................................56
Hình 4.13: Máy trộn thùng quay (công ty sản xuất phân bón Thiên Sinh) ..................56
Hình 4.14: Khối ủ lên men ...........................................................................................57

xi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.2: Nguồn gốc các loại bùn cặn trong trạm xử lý nước thải đô thị điển hình....10
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của các loại bùn cặn (theo % trọng lượng khô) ..........11
Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm thăm dò ............................................................................18
Bảng 3.2: So sánh các loại nguyên liệu bổ sung theo tỉ lệ C/N....................................19
Bảng 3.3: Số thí nghiệm ủ phân....................................................................................20
Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm kiểm soát quá trình ủ........................................................21
Bảng 4.1: Thông số về bùn thải ....................................................................................31
Bảng 4.2: Thông số về các loại phân gia súc và gia cầm .............................................31
Bảng 4.3: Hàm lượng Carbon (%) trong các nguyên liệu đầu vào...............................32
Bảng 4.4: Hàm lượng Nitơ trong nguyên liệu bổ sung.................................................32

Bảng 4.5: Tỉ lệ C/N của nguyên liệu bổ sung...............................................................32
Bảng 4.6: Bảng ANOVA lựa chọn nghiệm thức tối ưu cho quá trình ủ ......................33
Bảng 4.7: So sánh các nghiệm thức LSD......................................................................33
Bảng 4.8: Thông số của nguyên liệu đầu vào...............................................................34
Bảng 4.9: Bảng tính toán khối lượng và tỉ lệ nguyên liệu ủ .........................................35
Bảng 4.10: Thông số nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm mẻ 1 .......................................35
Bảng 4.11: Kết quả phân tích Nitơ tổng mẻ 1 .............................................................36
Bảng 4.12: Thông số nhiệt độ của sản phẩm mẻ 2 .......................................................39
Bảng 4.13: Phân tích ANOVA sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian mẻ 2 .............39
Bảng 4.14: Phân tích LSD sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian mẻ 2.....................40
Bảng 4.15: Thông số độ ẩm của mẻ 2...........................................................................40
Bảng 4.16: Phân tích ANOVA sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian mẻ 2 .................41
Bảng 4.17: Phân tích LSD sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian mẻ 2 ........................41
Bảng 4.18: Kết quả phân tích Nitơ tổng mẻ 2 ..............................................................42
Bảng 4.19: Số liệu Nitơ hữu hiệu mẻ 2 ........................................................................43
Bảng 4.20: Số liệu đường hiệu của Nitơ mẻ 2..............................................................45
Bảng 4.21: So sánh quá trình ủ bùn thải với nguyên liệu rơm rạ và với bã mía ..........47
Bảng 4.22: Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng Nitơ với độ tin cậy 95% ............48
Bảng 4.23: Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng Nitơ với độ tin cậy 98% ............48
xii


Bảng 4.24: Phân tích LSD tác động của thời gian lên các nghiệm thức ......................48
Bảng 4.25. Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm phân ủ..........................................49
Bảng 4.26: Số liệu phân tích Nitơ hữu hiệu mẻ 3.........................................................50
Bảng 4.27: Thành phần hoá học của phân bò tươi .......................................................51
Bảng 4.28: Bảng ANOVA ảnh hưởng của thời gian ủ .................................................52
Bảng 4.29: Bảng LSD ảnh hưởng của thời gian ủ mẻ 3 ...............................................52
Bảng 4.30: Nhu cầu dinh dưỡng cho từng loại cây trồng.............................................58
Bảng 4.31: Khối lượng sản phẩm sau khi phối trộn .....................................................59

Bảng 4.32: Chi tiết diện tích để xây dựng nhà máy......................................................59
Bảng 4.33: Dự trù các thiết bị sản xuất.........................................................................60
Bảng 4.34: Xây dựng nhà xưởng ..................................................................................61
Bảng 4.35: Thiết bị .......................................................................................................61
Bảng 4.36: Phụ kiện và chi phí thi công .......................................................................62
Bảng 4.37: Các loại phân vô cơ ....................................................................................62
Bảng 4.38: Vi sinh vật ..................................................................................................63
Bảng 4.39: Nhân công và nhiên liệu.............................................................................63
Bảng 4.40: Nguyên liệu ................................................................................................63
Bảng 4.41: Điện năng ...................................................................................................63
Bảng 5.1: So sánh sản phẩm phân ủ với tiêu chuẩn 10TCN 526 -2002 .......................67

xiii


1 Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Ngày xưa, trước khi các công nghệ tiên tiến hiện đại được phát minh, con người

đều canh tác chủ yếu dựa trên sự phì nhiêu, tươi tốt của đất mà không hề phải quan
tâm nhiều đến các chất hóa học. Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển, sự tiến bộ
của khoa học và kỹ thuật đã mang lại những lợi ích không nhỏ cho con người. Không
chỉ là trong công nghiệp mà khoa học đã mang lại những cải tiến to lớn trong nông
nghiệp và rất nhiều trong các ngành khác. Bên cạnh thuốc bảo vệ thực vật thì phân bón
cũng là một trong những đóng góp to lớn nhất của khoa học đối với nông nghiệp từ
xưa đến giờ.
Nhưng bên cạnh những mặt tích cực thì không mấy ai có thể nhìn thấy trước

được các hậu quả khủng khiếp mà các loại hóa chất này tác động lên sức khỏe của con
người và lên môi trường như thể nào.
Cây trồng chăm bón bằng phân hóa học sẽ được đáp ứng đầy đủ dinh dưỡng, có
sự phát triển nhanh. Tuy nhiên sự phát triển nhanh như vậy sẽ làm cho cấu trúc các mô
bào của cây chứa nhiều nước hơn và hậu quả là cây trồng rất mẫn cảm với các loại
bệnh, đồng thời chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng.
Các công trình nghiên cứu khoa học đã cho thấy phân hóa học và thuốc bảo vệ thực
vật có liên quan tới các hiện tượng ô nhiễm nguồn nước, đất đai cằn cỗi, thoái hóa và
bị xói mòn. Không những thế nó còn là yếu tố ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của con
người.
Một giải pháp hợp lý cho vấn đề này mà đã được rất nhiều người tìm hiều và
nghiên cứu đó là phân hữu cơ. Phân hữu cơ giúp tạo nên sự phì nhiêu của đất canh tác,
từ đó tạo nên sự mạnh khỏe và vững bền cho cây trồng để chúng nâng cao khả năng
chống chịu sâu bệnh, đảm bảo cho cây trồng và con người sống trong một môi trường
an toàn, không bị nhiễm độc. Dùng phân hữu cơ sẽ tạo được sự cân bằng về môi
trường sinh thái, tăng hiệu lực của phân hóa học, đồng thời góp một phần hết sức quan
trọng khác đó là xử lý ô nhiễm môi trường từ rác thải và bùn thải.
1


Ở các thành phố lớn hiện nay ngoài vấn nạn về rác thải thì vấn nạn về bùn thải
cũng đang làm đau đầu các nhà chức trách và các nhà quản lý môi trường. Đa số các
loại bùn thải này đều xuất phát từ các khu công nghiệp nên có hàm lượng kim loại
nặng, độc hại cao rất khó xử lý để làm phân hữu cơ. Nhưng bùn thải từ hệ thống nước
thải sinh hoạt đô thị nếu được quản lý tốt thì có thể sử dụng để làm nguồn nguyên liệu
sản xuất phân hữu cơ.
Qua nghiên cứu thực địa thấy rằng bùn thải của nhà máy xử lý nước thải sinh
hoạt đô thị thành phố Đà Lạt đã đáp ứng rất tốt yêu cầu trên. Đồng thời nhà máy cho
biết rằng cũng chưa tiến hành xử lý với loại bùn này. Có thể thấy việc sản xuất loại
bùn trên làm phân hữu cơ là hướng nghiên cứu rất có triển vọng, nó vừa giải quyến

được vấn đề về môi trường lại vừa có thể giúp cho việc hỗ trợ kinh tế thêm đối với nhà
máy.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1. Mục tiêu tổng quát
Sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải của hệ thống xử lý nước sinh hoạt đô thị theo
tiêu chuẩn 10TCN 526-2002.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Nghiên cứu, đánh giá khả năng sản xuất phân bón từ bùn thải của hệ thống xử
lý nước sinh hoạt đô thị tại Thành phố Đà Lạt và các phế thải nông nghiệp.
Khảo sát quá trình thay đổi của các chỉ tiêu Nitơ tổng, Nitơ hữu hiệu, nhiệt độ,
độ ẩm trong quá trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bùn thải.
Đề suất quy trình sản xuất quy mô công nghiệp.
1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1. Địa điểm
Địa điểm lấy mẫu bùn thải: Đà Lạt.
Thực nghiệm: Khoa Công Nghệ Môi Trường – ĐH Nông Lâm Tp.HCM.
1.3.2. Thời gian
Từ 3/2009 – 8/2009
1.3.3. Chỉ tiêu phân tích
Nitơ tổng, Nitơ dễ tiêu, Carbon.
Độ ẩm, nhiệt độ.
2

1.4.

Nội dung nghiên cứu

1.4.1. Tổng hợp tài liệu
Từ internet, sách báo và tạp chí.
1.4.2. Thực địa
Lấy mẫu tại nhà máy xử lí nước thải sinh hoạt tại Đà Lạt.
Tham quan nhà máy sản xuất phân hữu cơ vi sinh.
1.4.3. Kiểm tra mẫu đầu vào
ƒ Xác định hàm lượng Nitơ tổng trong bùn.
ƒ Xác định hàm lượng Carbon đối với vật liệu bổ sung: lục bình, rơm rạ, bã mía.
1.4.4. Kiểm tra sản phẩm trong quá trình ủ
Xác định chỉ tiêu Nitơ tổng, Nitơ hữu hiệu, nhiệt độ và độ ẩm.
1.4.5. Kiểm tra sản phẩm đầu ra
Xác định chỉ tiêu N, P, K, chất hữu cơ và độ ẩm.
1.4.6. Làm báo cáo
Tổng hợp số liệu và kết quả thí nghiệm
Đánh giá và thảo luận
In bài
Làm powerpoint
1.5.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1. Lấy mẫu
Lấy các mẫu riêng biệt đối với bùn từ nhà máy xử lí nước thải.
Trộn và lấy mẫu đại diện để phân tích.
1.5.2. Ủ
Phương pháp ủ yếm khí, yếm khí không hoàn toàn.

1.5.3. Phân tích
Phương pháp xác định Carbon tổng số 10TCN 366-99
Phương pháp xác định Nitơ tổng số 10TCN 304-97
Phương pháp xác định Nitơ hữu hiệu 10TCN 361-99
Phương pháp xác định độ ẩm 10TCN 302-97
1.5.4. Thống kê và xử lí số liệu
Microsoft Office Excel: tính toán các số liệu thô, vẽ đồ thị, xử lý bảng tính.
3


Stagraphic: so sánh, đánh giá các nghiệm thức.
1.6.

Ý nghĩa của đề tài

1.6.1. Môi trường
Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường từ bùn thải.
Loại trừ được lượng lớn rác sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ là thành phần
gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.
1.6.2. Kinh tế
Sản xuất ra loại phân bón hữu cơ, có hiệu lực cao đối với cây trồng, đồng thời
cải tạo các tính chất của đất trồng.
Hạn chế việc nhập khẩu phân bón hóa học để bảo vệ đất đai.
1.6.3. Xã hội
Tiết kiệm đất sử dụng làm bãi chôn lấp. Tăng khả năng chống ô nhiễm môi
trường. Cải thiện điều kiện sống cộng đồng.

4

2 Chương 2
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.1.

Định nghĩa phân hữu cơ
Phân hữu cơ là hợp chất hữu cơ dùng làm trong nông nghiệp, hình thành từ

phân người hay động vật. Phân bón giúp tăng thêm độ mầu mỡ cho đất bằng cách cung
cấp thêm các chất hữu cơ và các chất bổ dưỡng cần thiết cho đất.
2.2.

Phân loại
Phân hữu cơ gồm có các loại: phân chuồng, phân rác, phân xanh, phân vi sinh

và các loại phân hữu cơ khác
2.2.1. Phân chuồng
Là loại phân do gia súc thải ra chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng cơ bản cần
thiết cho cây trồng từ những chất căn bản như: đạm, lân, Kali đến những chất vi lượng
như: B, Cu, Mo, Mn... và những chất kích thích như: Auxin, Heteroauxin, Vitamin
B12, Vitamin C... Những chất dinh dưỡng có trong phân chuồng đều là những chất
tương đối dễ tiêu.
Các phương pháp ủ phân: có 3 phương pháp
ƒ Ủ nóng
ƒ Ủ nguội
ƒ Ủ nóng trước nguội sau
2.2.2. Phân rác
Còn được gọi là phân compost. Đó là loại phân hữu cơ được chế biến từ rác, cỏ
dại, thân lá cây xanh, bèo tây, rơm rạ, chất thải rắn thành phố v.v.. được ủ với một số
phân men như phân chuồng, nước giải, lân, vôi… cho đến khi hoai mục.
Phân rác có thành phần dinh dưỡng thấp hơn phân chuồng và thay đổi trong

những giới hạn rất lớn tuỳ thuộc vào bản chất và thành phần của rác, nguồn gốc và
cách chế biến…
Ủ phân rác : Có 2 cách
ƒ Ủ dưới hố
ƒ Ủ trên mặt đất.
5


2.2.3. Phân xanh
Phân xanh là loại phân hữu cơ, sử dụng các loại bộ phận trên mặt đất của cây.
Phân xanh thường được sử dụng tươi, không qua quá trình ủ. Vì vậy, phân xanh chỉ
phát huy hiệu quả sau khi được phân huỷ.
2.2.4. Phân vi sinh
Là những chế phẩm trong đó có chứa các loài vi sinh vật có ích. Có nhiều nhóm
vi sinh vật có ích bao gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn được sử dụng để làm phân bón.
Trong số đó quan trọng là các nhóm vi sinh vật cố định đạm, hoà tan lân, phân giải
chất hữu cơ, kích thích sinh trưởng cây trồng, v.v..
Một số loài vi sinh vật được sử dụng trong các loại phân vi sinh:
ƒ Vi sinh vật cố định đạm.
ƒ Vi sinh vật hoà tan lân (PSM – phosphate solubilizing microorganisms).
ƒ Vi sinh vật kích thích tăng trưởng cây.
2.3.

Các nghiên cứu trong nước

2.3.1. Xử lý bùn thải phục vụ sản xuất công nông nghiệp
Các nhà khoa học thuộc Trung tâm Công nghệ và Quản lý môi trường đã
nghiên cứu thành công quy trình xử lý bùn thải để phục vụ sản xuất công nghiệp và
nông nghiệp. Trên cơ sở phân tích liên kết của kim loại với các thành phần hữu cơ và
vô cơ trong bùn, ThS. Nguyễn Phương Loan, Phó Giám đốc Trung tâm, cùng các cộng

sự đã đưa ra các phương pháp xử lý đối với từng loại bùn. Theo quy trình này, bùn sẽ
được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực. Chất vô cơ
nặng sẽ lắng xuống đáy bồn trong khi chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên. Các chất vô
cơ được tách ra sẽ được tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, trong khi các chất hữu
cơ được xử lý tiếp bằng phương pháp sinh học để tách riêng các kim loại nặng với
phần bùn hữu cơ sạch. Phần bùn hữu cơ sạch sẽ được tận dụng để trồng cây và cải tạo
đất nông nghiệp. Còn lại các kim loại nặng sẽ được xử lý theo phương pháp hóa học
để tách riêng từng kim loại hoặc hóa rắn toàn bộ để chôn lấp an toàn. [9]
2.3.2. Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải chứa kim loại nặng
bằng ứng dụng quá trình ổn định hóa rắn
Đề tài trên là của Lê Thanh Hải Viện Môi Trường và Tài Nguyên, ĐHQGHCM , ngày 15/1/2006. Bài báo nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm ổn định hóa rắn
6


bùn thải chứa kim loại nặng với đối tượng nghiên cứu là bùn thải từ trạm xử lý nước
thải của công ty TNHH Vĩnh Phú Hưng (Lô 11F, đường C, KCN Tân Tạo, Bình Tân)
và công ty Đặng Tư Ký (Lô 24A-24B, đường số 3, KCN Lê Minh Xuân). Ngành nghề
sản xuất chính của công ty Vĩnh Phú Hưng là xi mạ và của công ty Đặng Tư Ký là các
loại giày da, túi xách bằng da. Qua đó rút ra nhận xét, đánh giá ban đầu về tính khả thi
về mặt kinh tế, kỹ thuật và môi trường, từ đó đề xuất giải pháp tái sử dụng bùn thải
chứa kim loại nặng để làm gạch và chất màu gốm sứ.
Trước đó năm 1999, nghiên cứu của Nguyễn Quốc Bình, Nguyễn Văn Phước
và các cộng sự cho thấy các loại bùn ngành thuộc da, xi mạ nếu nung ở nhiệt độ 6000C
thì các kim loại nặng sẽ bị oxi hóa, khả năng hòa tan trong nước kém, nếu nung ở nhiệt
độ 3600C thì chất hữu cơ trong chất thải chưa cháy hết và vẫn có khả năng gây ô
nhiễm môi trường, tuy nhiên ô nhiễm kim loại nặng hòa tan hầu như không xảy ra và
có thể xử lý bằng cách bê tông hóa. Đối với bùn thải của các nhà máy cơ khí có chứa
nhiều oxit sắt, sau khi làm khô hoặc sấy sơ bộ có thể tái sử dụng cho mục đích làm
gạch men, gốm sứ.[10]
2.3.3. Sản xuất phân hữu cơ chất lượng cao từ rác

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý rác sinh hoạt sau phân loại và chất thải
công nghiệp để sản xuất phân hữu cơ chất lượng cao” do GS-TS Trần Kim Quy làm
Chủ nhiệm đã được hội đồng nghiệm thu, do sở Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí
Minh lập, đánh giá cao vì tính thực tiễn của nó. Quy trình này được thực hiện với
những công đoạn như: phân loại rác, trộn với bùn hầm cầu, bùn cống; đo tỉ lệ
Carbon/Nitơ, sát trùng mầm bệnh, nghiền rác và đưa men vi sinh vào, ủ trong máy,
cho thổi khí liên tục với ẩm độ 55% - 66%... Tất cả những công đoạn đó đều được
thực hiện bằng máy với nhiều quy trình nhỏ: công nghệ đưa bùn hầm cầu và bùn cống
có hàm lượng Nitơ cao vào ủ chung với rác thải sinh hoạt; nuôi cấy, điều chế ra các
chế phẩm vi sinh vật phân hủy rác và công nghệ xử lý chất thải rắn công nghiệp. Kết
quả GS.TS Trần Kim Quy đã tạo ra được phân compost đạt độ ổn định bậc 5 theo Tiêu
chuẩn EU chỉ trong vòng 20 ngày. Không giống như những phân compost do trong
nước sản xuất trước đây loại phân này khi bón vào rễ cây sẽ hấp thụ ngay không làm
nóng rễ, độ pH và độ kiềm trong đất ổn định, không hề nguy hại cho môi trường. Về
giá thành, nó chỉ bằng 1/3 so với loại phân cùng chất lượng nhập từ EU. Hiệu suất sản
7


xuất từ rác theo quy trình này đạt đến 70%. Quy trình công nghệ do GS.TS Trần Kim
Quy xây dựng có thể xử lý 4 tấn rác thải một ngày và đã được sản xuất ở Ninh
Thuận.[11]
Các công trình trên nhìn chung đã đóng góp một phần rất đáng kể đến việc bảo
vệ và cải thiện môi trường. Trong đó xu hướng xử lý và chuyển chất thải thành phân
hữu cơ là xu hướng rất hữu ích, ngoài việc làm giảm ô nhiễm môi trường nó còn đóng
góp vào việc bảo vệ và cải tạo đất, thúc đẩy năng suất cây trồng. Song những dự án và
công trình trên ta có thể thấy là cần phải có một quy trình công nghệ tiên tiến, hiện đại,
đòi hỏi chuyên môn cao vì nguồn chất thải ở đây đều rất phức tạp bao gồm nhiều hàm
lượng kim loại nặng và những chất độc hại khó xử lý. Qua khảo sát và nghiên cứu
chúng tôi thấy rằng bùn thải của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố
Đà Lạt là một nguồn thải có chất lượng, hàm lượng chất hữu cơ cao, kim loại nặng và

các chất độc hại rất thấp có thể xem như là không đáng kể vì thế mà việc xử lý cũng
khá đơn giản, không cần công nghệ tiên tiến hiện đại, giải quyết được vấn đề môi
trường và đem lại nguồn lợi đối với công ty.
2.4.

Các phương pháp sản xuất phân hữu cơ
Nguyên liệu để sản xuất thường là phân chuồng, các loại rác thải hữu cơ…được

trộn thêm một số loại chất độn như: rơm rạ, trấu, mạt cưa, than bùn, lục bình…
2.4.1. Phương pháp hiếu khí
Nguyên liệu sau khi thu nhận về được đổ thành từng đống. Trong khi ủ tiến
hành đảo trộn để tơi xốp, thoáng khí, giữ ẩm 50 – 60 %, ở ẩm độ này nhiệt độ lên cao
khoảng 60 – 70oC, sản phẩm phân bón theo phương pháp này rất mau hoại, diệt cỏ dại,
mầm bệnh nhưng mất nhiều Nitơ.[6]
2.4.2. Phương pháp yếm khí
Nguyên liệu được trộn với nhau và tiến hành ủ trong điều kiện yếm khí, ở độ
ẩm 50 – 60% , trong điều kiện này nhiệt độ đống ủ không lên quá 70oC, CO2 thoát ra
kìm hãm hoạt động của vi sinh vật, phân lâu hoại, diệt được mầm bệnh và cỏ dại
nhưng mất ít Nitơ.[13]

8


2.4.3. Phương pháp tùy nghi [6]
Nguyên liệu được ủ tơi xốp, thoáng khí từ 5 - 7 ngày để nhiệt độ lên cao
60 – 70OC, phân mau phân hủy, sau đó nén chặt lại và ủ yếm khí, nhiệt độ hạ, hạn chế
mất Nitơ.
Thường để ủ phân người ta cho vào Super P để giữ NH3
⎯→ 2(NH4)2HPO4 + Ca(OH)2
Ca(H2PO4) + 4NH3 + H2O ⎯

Có thể dùng tro trấu vì có chứa SiO2 có khả năng giữ NH3
Không nên dùng tro bếp trong quá trình ủ phân vì
⎯→ Ca(OH), KOH
CaO, K2O + H2O ⎯

2.5.

Sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải bằng phương pháp yếm khí

Bảng 2.1: So sánh giữa phương pháp hiếu khí và phương pháp yếm khí
Phương pháp

Hiếu khí

Yếm khí

Môi trường

Có oxi

Không có oxi

Phổ biến

Ít phổ biến

Thời gian ủ nhanh

Thời gian ủ lâu

Mất nhiều Nitơ

Mất ít Nitơ

CO2, NH3, H2O, mùn...

CH4, CO2, NH3, H2O,
mùn...

Đặc điểm

Sản phẩm

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp yếm khí với phương pháp hiếu khí đó chính
là mất ít Nitơ, chất lượng sản phẩm phân hữu cơ cao hơn so với phương pháp hiếu khí,
đồng thời lượng khí gây ô nhiễm thoát ra không nhiều như phương pháp hiếu khí.
Nguyên liệu chính:
Bùn thải được thu nhận từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt
Đặc tính của cặn: cặn thu được qua quá trình xử lý nước thải đô thị và khu dân
cư sau khi được ổn định và làm khô còn chứa một số chất dinh dưỡng có lợi cho cây
trồng, có thể dùng làm chất cải tạo đất, tuy vậy hàm lượng chất dinh dưỡng có trong
cặn thấp, lại không đủ các thành phần nên không thể sử dụng làm phân bón. Để thu
được sản phẩm phân bón từ bùn cặn của nước thải thì phải qua các công đoạn công
nghệ chế biến, bổ sung chất dinh dưỡng trong điều kiện thích hợp.
9


Bảng 2.2: Nguồn gốc các loại bùn cặn trong trạm xử lý nước thải đô thị điển
hình

Quá trình
công nghệ

Dạng bùn/cặn

Đặc thù của bùn/cặn

Song chắn
rác

Dạng rắn
Kích thước thô

Thành phần hữu cơ và vô cơ thay đổi theo điều
kiện của đô thị
Các chất này thường được nghiền nhỏ sau đó
lại đưa vào xử lý tiếp tục cùng nước thải

Bể lắng cát

Hạt cát và các hạt vô
cơ không tan, chất nổi

Thành phần vô cơ, dễ lắng
Tại các bể lắng cát thường bị bỏ qua công trình
thu hồi chất nổi

Cặn rắn, chất nổi

Thành phần hữu cơ không tan, độ ẩm 93–95%.

Thành phần và tính chất phụ thuộc vào loại hệ
thống thoát nước (chung, riêng), mức độ tham
gia của nước thải công nghiệp vào hệ thống

Bể aeroten

Bông bùn hoạt tính
dạng lơ lửng được hình
thành từ quá trình
chuyển hóa BOD khi
thổi khí vào bể.

Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm 99%.
Bùn được lắng lại tại bể lắng đợt 2.
Yêu cầu phải giảm độ ẩm trước khi xử lý bùn.

Bể lọc sinh
học

Màng vi sinh vật được
hình thành từ quá trình
chuyển hóa BOD trên
bề mặt vật liệu lọc.

Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm 96%.
Màng được lắng tại bể lắng đợt 2.

Bể lắng đợt I

Bông bùn hoạt tính từ

bể aeroten.
Bể lắng đợt II Màng vi sinh vật từ bể
lọc sinh học.
Chất nổi
Cặn từ công
trình xử lý
hóa học
Cặn từ bể
metan

Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm > 99%.
Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm 96%.
Bọt khí + các chất hữu cơ.

Cặn rắn

Chứa các thành phần hóa học như sắt, hợp chất
crôm, chì, ôxit nhôm.

Cặn đã phân hủy

Hàm lượng chất dinh dưỡng cao cho cây trồng.

Nguồn: Trần Văn Quang, Xử lý chất thải rắn, 2005

10