THÍ NGHIỆM Ủ PHÂN HỮU CƠ TRONG QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM : HIỆU SUẤT VÀ ĐỘ LẶP.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG

Môn học: CHUYÊN

ĐỀ TÁI CHẾ VÀ TÁI SỬ DỤNG CHẤT
THẢI RẮN

Đề tài: THÍ

NGHIỆM Ủ PHÂN HỮU CƠ TRONG QUY MÔ
PHÒNG THÍ NGHIỆM : HIỆU SUẤT VÀ ĐỘ LẶP.

GVHD: Tô Thị Hiền
Lớp :
10CMT
Nhóm 4A:
Vương Thị Giáng Cầm 1022031
Nguyễn Thị Thanh Dung 1022045
Lê Kiều Thúy Hằng
1022090

1. Giới thiệu:


Có nhiều nghiên cứu đã được thực hiện:
-

Lò quy mô lớn (10 – 300 l): quan sát giai đoạn sinh nhiệt, nhiệt độ không vượt quá
60OC và phụ thuộc vào nhiệt của vi sinh vật. Mô phỏng chế độ nhiệt động lực học.
Lò quy mô nhỏ (10 l):

+ Được sử dụng do dễ xử lý, ít tốn kém, dễ kiểm soát.
+ Dùng để đánh giá chất nền hoặc xđ thông số cho các mô hình toán học.
+ Cần thiết khi nghiên cứu các chất ô nhiễm có sử dụng hóa chất đánh dấu phóng xạ.
+ Hạn chế: không rõ ràng do khối lượng chất tham gia vào không đủ lớn, hạn chế lấy
mẫu trong suốt quá trình, lò nhỏ ít thực tế khi so sánh chất hữu cơ trước và sau khi ủ , có
chế độ nhiệt cố định (không thực tế) => thiết bị mới để giảm khối lượng chất thải ủ và
đánh giá hiệu quả hoạt động và tái sinh.
1 hệ thống lò quy mô nhỏ sinh nhiệt tương đương với 6 lò song song đươc tạo ra và
đã được thử nghiệm với chất thải cổ điển là hốn hợp bùn thải và lá cây.
2. Vật liệu và phương pháp:
2.1 Hệ thống lò ủ:
- Gồm 6 lò song song để đo lường khả năng tái sinh của phân ủ.
- Mỗi lò được bịt kín bằng fluorinated ethylene propylene, kiểm soát nhiệt ở mỗi lò,
mỗi lò có 1 lớp cách nhiệt bên ngoài đồng thờ phủ thêm 1 lớp sợi len thủy tinh.
- Dưới đáy lò có màn lọc thép cách 5cm, nước rỉ thu hồi dưới và được lấy mẫu, hệ
thống cung cấp khí ở dưới đáy được phân phối thông quá hệ thống ống phân tán (tốc
độ dòng khí được đo và điều chỉnh hàng ngày). Tổn thất về độ ẩm và nhiệt được bù
đắp bằng các đường ống dẫn khí dẫn qua nước ấm.
- 3 cảm biến nhiệt được đặt ở trong phân ủ, sát lò phản ứng và trong phòng nhiệt độ
không đổi. Giá trị nhiệt ghi lại sau 5phút. Khí CO 2 và O2 được đo trong 20phút mỗi
3h. Phân tích khí dựa trên CO2 và O2.
- Van solenoid tự động điều khiển để bảo đảm phân phối không khí trong 6 lò.
2.2 Ủ thử nghiệm:
2.2.1 Ủ hỗn hợp:
- Hỗn hợp gồm bùn thải trộn với cành cây, cỏ, cây thủy lạp , lá đại diện cho 20, 25,
15,20, 20% tổng khối lượng khô (DM) của hỗn hợp ban đầu.
- Điều kiện: + Cành cây cắt thành miếng 4cm,
-

+ Lá và cây thủy lạp lấy gần mặt đất
tương đương với 287 g trọng lượng khô của hỗn hợp ban đầu


Quá trình ủ phân compost:
Độ ẩm ban đầu 66% trọng lượng ướt của nước phun.
Nhiệt độ :
+ 6 ngày đầu tiên: nhiệt độ bên ngoài là 1-2 OC, thấp hơn so với phân để quan sát
sự tự làm nóng => lựa chọn mạng lưới tối thiểu của nhiệt và mô phỏng quán tính
nhiệt của phân trộn. Nhiệt độ kiểm soát quá trình ủ => kiểm soát nhiệt => tạo nhiệt
giống như nhiệt độ đặc trưng của phân compost với quy mô đầy đủ.
+ 7 – 11 đảm bảo nhiệt độ bên trong 60-65, để duy trì giai đoạn ưa nhiệt
+ 12 – 41 giảm dần nhiệt độ bên ngoài để đạt CTO, mô phỏng giai đoạn làm mát.
+ 42 – 83 phân trộn đã được chuyển đến các tế bào trưởng thành 21 -l và đặt trong
một căn phòng tĩnh nhiệt 28 ± º1 C.
Không khí :
+ 8 ngày đầu: 47 lh-1 kg-1 DM cho hỗn hợp phân compost.
+ 9 – 41 : giảm còn 29 vì hoạt động của vi sinh vật và nhu cầu O2 giảm xuống
+ Trong quá trình trưởng thành, tế bàođược mở mỗi 3 ngày để làm mới không khí
Lấy mẫu: 3 lần, vào cuối giai đoạn ưa nhiệt (13), bắt đầu giai đoạn trưởng thành (41),
cuối giai đoạn trưởng thành (83)
2.2.2

-

-

-

-

-

Hỗn hợp được làm trống và đồng nhất trướcc khi lấy mẫu (46gDM và 43gDM vào
ngày 13 và 41)
Sau khi lấy mẫu thì phun nước siêu sạch để đảm bảo độ ẩm 55 – 70% trọng lượng
ướt.
Nước rỉ từ quá trình ủ phân được thu thập, và dung dịch hòa tan C được phân tích
bằng cách hấp thụ tia hồng ngoại của C-CO2 được sản xuất sau khi đốt tại 680 °C
2.3 Hiệu suất ủ và lặp lại:
2.3.1 Đặc tính sinh hóa của chất hữu cơ:
Cân hỗn hợp ban đầu trước khi đưa vào lò phản ứng, 6 hỗn hợp phân trộn cân trước
khi khuấy và sau khi lấy mẫu.
Mẫu, nguyên liệu, hỗn hợp ban đầu sấy khô ở 40OCvà nghiền mịn đến một kích thước
hạt 1mm trước khi phân tích.

+ Tổng số chất hữu cơ (TOM) được xác định khi nung ở 480° C.
+ Tổng carbon hữu cơ (TOC) và N là xác định sau khi nghiền đến 200 µm và đốt cháy
trên một máy phân tích CHN
+ Các phần hòa tan trong nước nóng (W100) là được chiết xuất bằng nước siêu sạch tại
100° C trong 30 phút
+ Một phần hòa tan bổ sung (SOL) được chiết xuất với một chất tẩy rửa trung tính cho
1h.
+ Các phần HEM, CEL, LIC được thu theo tiêu chuẩn Pháp Xpu 44-162
Tất cả các phần được thự hiện trên 1g mãu DM, sử dụng nồi nấu kim loại thủy tinh với
độ xốp thô (40-100 µm)
Đánh giá ổn định chất hữu cơ:
Khả năng phân hủy sinh học được đánh giá thông qua các phép đo hữu cơ khoáng C
trong thời gian ủ => có thể so sánh khả năng phân hủy sinh học và sự ổn định của chất

hữu cơ trong điều kiện tối ưu cho vi sinh vật và trong đất tham chiếu.
Hỗn hợp ủ được lặp lại 4 lần, đặt trong lọ kín ở 28± 1 °C, trong bóng tối, ủ với 25g
đất khô.
Đất lấy ở lưu vực sông Paris Pháp, có kết cấu mùn phù sa (% chất khô) 76 phù sa, đất
sét 17 và 0,9 hữu cơ C.
Tất cả các mẫu hữu cơ sấy khô ở 40 OC, nghiền thành 1mm, thêm 1 số chất hữu cơ
(tương đương 50mg TOC), N được thêm vào tại các đầu ủ để hạn chế sự phân hủy
chất hữu cơ của muối khoáng thấp N, sử dụng nước siêu sạch, nước trong hỗn hợp
điều chỉnh tới 240 g kg -1DM và duy trì trong thời gian ủ bằng cách thêm nước khi cần
thiết.
2.3.2

-

-


CO2 khoáng đã bị kẹt trong 10 ml dung dịch NaOH 0,5 M thay thế sau 1, 3, 7, 14, 21,
28, 49, 70 và 91 ngày ủ. Lượng CO 2 được phân tích bởi dòng đo màu liên tục. Tổng
số khoáng hóa C được tính dựa trên tổng hợp C-CO2 giữa 2 ngày lấu mẫu.
2.3.3 Đánh giá khả năng tái ủ:
- Khả năng tái sinh của phân compost được tính toán ước lượng, dựa vào độ lệch chuẩn
(trung bình ± SD) và hệ số biến đổi (CV, trong%) cho ủ sáu lần lặp lại phân compost
dựa trên thông số và đặc điểm phân tích hỗn hợp ban đầu, mấu phân trộn sau ngày
13,41,83.
- Các thông số ủ;
+ Nhiệt độ cao nhất.
+ Diễn biến của độ ẩm
+ Thiệt hại trong vấn đề khô
+ Tổng hữu cơ C (TOC) và tổng vật chất hữu cơ (TOM).

- Các đặc tính đánh giá nhiều: các chất hữu cơ, hàm lượng N và C , các đặc tính sinh
hóa và lượng khóang CO2 trong quá trình ủ đất 91-ngày.
3. Kết qủa và thảo luận;
3.1 Quá trình ủ:
3.1.1 Hồ sơ nhiệt độ:
- Nhiệt độ tăng sau quá trình ủ và đạt 69 ± 4° C trong vòng 2-4 ngày, tương ứng với tỷ
lệ tăng trung bình 12° C 1 ngày.
- Phần lớn hỗn hợp ban đầu ảnh hưởng đến sự gia tăng nhiệt độ thông qua sự cân bằng
và hàm lượng dinh dưỡng của chúng trong phân hữu cơ dễ phân hủy sinh học
- Tuy nhiên trên thực tế, mức tăng nhiệt độ thấp hơn nhieefu trong quá trình ủ trong lò
phản ứng quy mô lớn.
- Hệ số thấp biến thể (6%) của nhiệt độ tối đa chứng của cao tái sinh của tự sưởi ấm
cho hỗn hợp hữu cơ được như vậy
- Để tránh giảm nhiệt độ: thiết lập nhiệt độ tối ưu, tạo điều kiện ưu nhiệt. Đầu tiên để
nhiệt độ ưa nhiệt trong 3 ngày để tiêu diệt mầm bệnh, sau đó chuyển qua nhiệt độ lạnh
trong thời gian nuôi chín.
- Thời gian của giai đoạn làm mát từ ngày 12-41
-


Tập trung khí CO2 và O2 trong khí thải:
Nồng độ O2 trong khí ra hơi giảm hơn hai tuần và lần đầu tiên không thay đổi sau đó,
cung cấp bằng chứng về điều kiện hiếu khí
Nồng độ CO2 tăng trong khí đầu ra đã được phát hiện trong thời gian tuần đầu tiên,
sau đó sau khi lấy mẫu vào ngày 13, khi phân là đồng nhất và ẩm.
Sự thay đổi nồng độ O2 và CO2trong khí thải 6 lò phản ứng và xác nhận sự kích hoạt
của quần thể vi khuẩn nội sinh
Không thay đổi thêm CO2 và nồng độ O2 đã được phát hiện sau khi hai tuần ủ phân rất
có thể vì các pha loãng quan trọng mặc dù các luồng không khí đã giảm trong giai
đoạn làm mát.

tỷ lệ thông khí được sử dụng là nằm giữa tối ưu tỷ lệ khí của 120 lh 1 kg 1 DM, và
phạm vi tối ưu của 8,5-16,6 lh 1 kg- 1 DM
3.1.3 Độ ẩm:
Độ ẩm có xu hướng giảm do sự kết hợp của các cấp nhiệt độ cao và sục khí trong giai
đoạn ưa nhiệt, được kiểm soát bằng cách áp dụng tại nước mỗi ngày lấy mẫu và làm
ẩm không khí vào
. Độ ẩm ban đầu (66% trọng lượng ướt) đã giảm đạt được độ ẩm trung bình 41 ± 7%
(CV = 11%) trọng lượng ướt
3.1.2

-

-

-

-


3.2 Sự phát triển các đặc tính của phân:
3.2.1 Mất chất hữu cơ trong thời gian ủ phân:
-

-

-

-

Mất chất hữu cơ xảy ra trong 13 ngày đầu tiên nhưng khác nhau ở giai đoạn tổng hợp

giữa các ủ phân tái tạo.
Sự mất mát vật chất khô trung bình đạt 40 ± 7% toàn bộ quá trình tổng hợp và biến
đổi giữa các ủ phân tái tạo giảm đến 17%. Tương tự trong nước thải ủ phân bùn trên ủ
phân tại chỗ toàn diện hơn 110 ngày: TOM, với một sự mất mát 46 ± 6% (CV = 12%)
của TOM ban đầu trong quá trình phân huỷ tổng thể. Tổng số lỗ carbon hữu cơ của 42
± 6% (CV = 14%) ban đầu mục lục vào cuối ủ tương tự.
Tỷ lệ C: N giảm trong quá trình ủ và có hệ số biến đổi là 12%
Sự giảm C trong phạm vi leachates chỉ chiếm 0,1-1,6% của các TOC ban đầu và được
coi là không đáng kể.
3.2.2 Ổn định chất hữu cơ trong quá trình ủ:
Sự suy giảm của vi sinh vật trong các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nhất
trong quá trình ủ tạo nên vật chất hữu cơ.
Tỷ lệ C hữu cơ trong hỗn hợp ban đầu đạt 52% TOC và giảm thường xuyên trong
mẫu phân trộn lấy sau ngày 13, 41 và 83, có CV khác nhau giữa 9 và 17% trong số
sáu mẫu phân
Sau 83 ngày tổng hợp:

+ 56 g C hữu cơ trong mỗi lò phản ứng đã bị khoáng hóa (tính từ bảng 1) còn 17 g
+ Các phần ngoan cố nhất của hữu cơ C vẫn không đổi trong suốt toàn bộ quá trình (58 g
chất hữu cơ C) đại diện cho 48% của TOC trong hỗn hợp ban đầu và 78% của TOC trong
phân trộn cuối cùng.
 Sự ổn định chất hữu cơ là so sánh kết quả quan sát được trong lò phản ứng khối

lượng lớn hoặc các nhà mày công nghiệp.


Sự chuyển đổi các chất hữu cơ trong quá trình ủ:
Sự phát triển của vật chất hữu cơ giữa các tỷ lệ hóa sinh là tương tự nhau ở các lò
phản ứng với các CV khác nhau từ 6 – 19% ngoại trừ phần HEM.
Sự ổn định của chất hữu cơ được giải thích do sự tăng lên của LIC và giảm của CEL ,

HEM và W100
W100, SOL, và HEM tăng nhanh chóngtrong suốt tuần đầu tiên và được giữ cố định
trong lúc quan sát với các thiết bị ủ lớn
CEL chủ yếu được quan sát sau ngày 41 trong suốt giai đoạn trưởng thành
Sự suy thoái của phần CEL và HEM đã vượt quá 50% của nội dung ban đầu thường
thấy, bất kể quy mô của qt ủ
LIC có xu hướng tăng lên một cách từ từ hoặc vẫn ổn định
Sự suy giảm lignin xảy ra trong suốt quá trình ủ và vi nấm ưa nhiệt là quan trọng nhất
trong sự suy giảm lignin với hoạt động tối ưu khoảng 50oC
Tỷ lệ LIC: (CEL+HEM) tăng với sự ổn định của vật liệu hữu cơ trong suốt quá trình.
Sự suy thoái của phần HEM và CEL hoặc sự oxy hóa của phần LIC có lẽ có fed de
novo nước hòa tan và phần SOL cân đối bằng cách giảm khoáng và giải thích sự ổn
định tương đối của tỷ lệ này sau 13 ngày ủ đã được quan sát được.
 Quá trình phát triển sinh học của vật chất hữu cơ trong suốt quá trình ủ là phù
hợp.
 Trong các nhà máy công nghiệp, lượng còn lại của phân compost ở giai đoạn
kết thúc của pha ưa nhiệt được tách thành vật liệu hữu cơ ổn định nhất từ tỷ lệ
suy giảm vật kém chất lượng, chủ yếu gồm phần CEL và LIC
 Hạn chế: không sàng lọc được do kích thước ban đầu nhỏ và số lượng thấp của
lò phản ứng quy mô nhỏ; khó để mô phỏng uqas trình ủ công nghiệp vì đánh
3.2.3

-


giá và hiệu quả kiểm soát của nó k được đề cập trong tài liệu; thiếu thực dụng
bởi macrofauna.
4. Tổng kết:
- Giảm thiểu thể tích và khối lượng chất thải trong hệ thống làm phân compost quy mô
nhỏ => xây dựng thử nghiêm 6 lò phản ứng có chức năng tương tự nhau.

- Việc thành lập các điều kiện ưa nhiệt bằng cách tự sưởi ấm đã thành công trong tất cả
cáclò phản ứng.
- Quá trình ủ trong các lò phản ứng quy mô nhỏ cho khả năng tái sinh cao ở nhiệt độ tối
đa, đạt được qua sự tự sưởi ấm, vật chất khô và tổn thất vật chất hữu cơ và sự ổn định
phân hữu cơ và chuyển đổi sinh học. Và nó có thể được sử dụng trong hơn nữa vào
việc nghiên cứu vào sự suy thoái của chất gây ô nhiễm.