quy trình sản xuất compost từ rác thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC
---------------o0o---------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN
XUẤT PHÂN COMPOST TỪ RÁC THẢI

GVHD: ThS. Nguyễn Cao Hiền
SVTH: Lương Hàn Kham
LỚP: 07DHHH3
MSSV: 2004160283


Tp Hồ Chí Minh, Tháng 11/2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC
---------------o0o---------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN
XUẤT PHÂN COMPOST TỪ RÁC THẢI

GVHD: ThS. Nguyễn Cao Hiền
SVTH: Lương Hàn Kham
LỚP: 07DHHH3
MSSV: 2004160283

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 11/2018
2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN: Hóa Hữu Cơ

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Sinh Viên Thực Hiện Đồ Án: Lương Hàn Kham.
Ký tên:

Cán Bộ Hướng Dẫn: Nguyễn Cao Hiền
Tên đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Phân Compost Từ Rác Thải

STT

Ngày

Nội dung hướng dẫn

01

29/8/2018

Nhận đồ án

02

5/9/2018

Chỉnh sửa mục lục

03

13/9/2018

Chỉnh sửa chương 1

04

10/10/2018

Chỉnh sửa chương 2

05

17/10/2018

Chỉnh sửa chương 3

06

20/10/2018

Kết luận

CBHD ký tên

3


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM

Khoa: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Bộ môn: Hóa hữu cơ

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Họ và Tên sinh viên: Lương Hàn Kham

MSSV: 2004160283

Lớp: 07DHHH3
I. Đầu đề:
Nghiên cứu quy trình sản xuất phân compost từ rác thải
II. Nhiệm vụ:
Tìm hiểu về phân compost, tính chất
Tình hình sản xuất phân compost trên thế giới và Việt Nam
Tìm hiểu quy trình sản xuất phân compost
III. Nội dung các phần thuyết minh báo cáo:
IV. Ngày giao: 29/8/2018
Ngày hoàn thành: 10/11/2018
V. Ngày nộp: 22/11/2018

Tp.HCM, ngày…tháng…năm 2018
TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký ghi rõ họ tên)

(ký ghi rõ họ tên)

4


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên thực hiện:

Lương Hàn Kham

MSSV: 2004160283

Nhận xét :
…………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….

Điểm đánh giá:
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………….

Ngày.……….tháng………….năm 2018
( ký tên, ghi rõ họ và tên)

5


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Chương 1. Tổng quan về phân compost

8
9
9
10

1.1. Định nghĩa phân compost

10

1.2. Các phản ứng hóa sinh

10

1.3. Các yếu tố ảnh hưởng

12

1.3.1. Các yếu tố vật lý

12

1.3.1.1. Nhiệt độ

12

1.3.1.2. Độ ẩm

12

1.3.1.3. Kích thước hạt

13

1.3.1.4. Độ xốp

13

1.3.1.5. Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân rác

14

1.3.1.6. Thổi khí

14

1.3.2. Các yếu tố hóa sinh

14

1.3.2.1. Tỷ lệ C/N

14

1.3.2.2. Oxy

17

1.3.2.3. Dinh dưỡng

17

1.3.2.4. pH

17

1.3.2.5. Vi sinh vật

18

1.3.2.6. Chất hữu cơ

18

1.4. Tình hình nghiên cứu và sản xuất phân compost trên thế giới và Việt Nam

19

1.4.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất phân compost trên thế giới

19

1.4.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất phân compost ở Việt Nam

24

Chương 2. Quy trình sản xuất phân compost từ rác thải

27
6


2.1. Chuẩn bị nguyên liệu ủ

27

2.2.1. Ủ yếm khí

27

2.2.2. Ủ hiếu khí

27

2.2.2.1. Phương pháp phơi khô đánh luống

28

2.2.2.2. Compost bằng luống với khí thổi

28

2.2.2.3. Compost trong ống sắt

29

2.2.2.4. Compost trong bao kín có thổi khí

29

2.2.3. Ủ lên men

30

2.2.4. Ủ chín

31

2.3. Mô tả quy trình và công nghệ

31

2.3.1. Thu nhận và phân loại

31

2.3.2. Cắt rác

31

2.3.3. Trộn rác

32

2.3.4. Ủ phân

32

2.3.4.1. Giai đoạn vi khuẩn nấm

33

2.3.4.2. Giai đoạn giun đất

33

2.3.4.3. Giai đoạn chín mùi

33

2.3.5. Xử lý độ chín

34

2.3.6. Sàng mùn và phân loại

35

2.3.7. Sản phẩm

35

2.3.8. Tái chế và chôn lấp

37

2.3.9. Các công trình phụ trợ khác

38

2.3.9.1. Thu gom và xử lý nước rỉ rác

38

2.3.9.2. Thu gom và xử lý khí thải

38

2.3.9.3. Hàng rào và vành đai cây xanh

39

2.3.9.4. Hệ thống cấp điện

39

2.3.9.5. Hệ thống phòng cháy chữa cháy

39

Chương 3. Kết luận

40
7


Tài liệu tham khảo

41

8


LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo ThS. Nguyễn Cao Hiền đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo em, cũng như cung cấp những thông tin về tài liệu để em hoàn thành đồ án
này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ kỹ thuật hoá học
Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP HCM đã tạo điều kiện để em hoàn thành
đồ án này.
Đồng thời cũng xin cảm ơn bạn bè cùng lớp và các anh chị đã giúp đỡ em trong việc tìm
tài liệu và những ý tưởng góp phần hoàn thành đồ án này.

9


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Tỷ lệ C/N của các chất thải..................................................................................15
Bảng 1.2. Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí.....................18
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526 – 2002 cho phân hữu cơ vi sinh che biến từ rác thải
của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn...................................................................36

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt của Mỹ và Canada............21
Hình 1.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt của Đức.............................22
Hình 1.3. Công nghệ xử lý rác sinh hoạt Trung Quốc..........................................................23

Hình 2.1. Thiết bị sàng.........................................................................................................35
Hình 2.2. Bãi chôn lấp kết hợp chìm - nổi............................................................................37

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CTR: dạng chất thải tồn tại ở dạng rắn hoặc bán rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất
kinh doanh dịch vụ
VSV: Vi sinh vật
EM: Vi sinh vật hữu hiệu

10


Chương 1. Tổng quan về phân compost
1.1 Định nghĩa phân compost
- Theo Haug (1993) quá trình chế biến compost và compost được định nghĩa như sau:
Qúa trình chế biến compost là quá trình phân hủy sin học và ổn định của chất hữu cơ
dưới điều kiện nhiệt độ thermorpholic. Kết quả của quá trình phân hủy tạo ra nhiệt, sản
phẩm ổn định, không mang mầm bệnh và có ích cho việc ứng dụng cho cây trồng.
- Compost là sản phẩm của quá trình chế biến compost, đã được ổn định như humus,
không chưa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn trùng, có thể được lưu trữ an toàn và
có lợi cho sự phát triển của cây trồng.
- Phân compost hay còn gọi là phân hữu cơ vi sinh là sản phẩm phân bón được tạo
thành thông qua quá trình lên men vi sinh vật các hợp chất có nguồn gốc khác nhau, có
tác động của vi sinh vật hoặc các hợp chất sinh học được chuyển hóa thành mùn. Tùy
thuộc vào nhu cầu của sản xuất mà có thể cân đối phối trộn các phân liệu sao cho cây
trồng phát triển tốt nhất mà không cần phải bón bất kỳ các loại phân nào. Phân vi sinh
có thể dùng để bón lót hoặc bón thúc. Loại phân này có hàm lượng dinh dưỡng cao nên
khi bón trộn đều với đất. Nếu sản xuất phù hợp cho từng loại cây trồng thì đây là loại
phân hữu cơ tốt nhất. [2]
1.2 Các phản ứng hóa sinh

- Qúa trình phân hủy chất thải xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đọan và sản phẩm
trung gian. Ví dụ quá trình phân hủy protein bao gồm các bước: Protein  protides 
amono acids  hợp chất ammonium  nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3
- Đối với carbonhydrates, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước sau: Carbonhydrate
 đường đơn  acids hữu cơ  CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn. [2]
- Chính xác những chyển hóa hóa sinh chuyển xảy ra trong quá trình composting vẫn
chưa được nghiên cứu chi tiết. Các giai đoạn khác nhau trong quá trình composting có
thể phân biết theo biến thiên nhiệt độ như sau:
1. Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi
trường mới.
11


2. Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trương bới sự gia tăng nhiệt độ do quá trình
phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic
3. Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai
đoạn ổn định hóa chất thải và vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh
này được đặc trưng bởi các phương trình trong trường hợp làm phân compost hiếu
khí và kị khí như sau:
CONHS + O2 + VSV hiếu khí

CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng

COHNS + O2 + VSV kị khí

CO2 + H2S + NH3 + CH4 + sp khác + năng lượng

4. Pha trưởng thành (maturation phase) là giai đoạn nhiệt độ đến mức mesophilic và
cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường. Qúa trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và
thích hợp cho việc hình thành chất keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất

hữu cơ thành mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ,…) và cuối cùng thành mùn.
Các phản ứng nitrate, trong đó có amonia ( sản phẩm phụ của quá trình ổn định hóa
chất thải (2 phương trình trên) bị oxi hóa sinh học thành nitrit (NO 2-) và cuối cùng
thành nitrate (NO3-) cũng xảy ra nhu nhau:
NH4+ + O2  NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + O2  NO3Kết hợp 2 phương trình trên quá trình nitrate diễn ra như sau:
NH4+ + 2O2

NO3- + 2H+ + H2O

Vì NH4+ cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho quá trình
tổng hợp trong mô tế bào:
NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O

C5H7NO2 + 5O2

Phương trình phản ứng nitrate hóa tổng cộng xảy ra như sau:
22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-

21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+

12


1.3 Các yếu tố ảnh hưởng:
1.3.1Các yếu tố vật lý:
1.3.1.1 Nhiệt độ:
- Nhiệt độ trong khối ủ là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi vi
sinh vật, phụ thuộc kích thước của đống ủ, độ ẩm, không khí và tỷ lệ C/N, mức độ xáo
trộn và nhiệt độ môi trường.

- Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá
trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển
quá trình CTR. Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì từ 55 – 65 0C, vỉ ở nhiệt độ này quá
trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. Nhiệt độ trên 65 0C sẽ ức
chế hoạt động của vi sinh vật. Ở nhiệt độ thấp hơn phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn
-

về mầm bệnh.
Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như: Hiệu
chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che
phủ hợp lý. [1]

1.3.1.2 Độ ẩm:
- Độ ẩm là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá trình chế biến
phân hữu cơ, cần thiết cho quá trình hòa tan dinh dưỡng vào nguyên sinh chất của tế
bào
- Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR nằm trong khoảng 50 – 60%. Các vi sinh vật
đóng vai trò trong quá trình phân hủy CTR thường tập chung tại lớp nước mỏng trên
bề mặt CTR. Nếu độ ẩm quá nhỏ (<30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn
khi quá lớn (>65%) quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sanh chế độ phân hủy
kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bị bít kín các khe rỗng không cho
không khí đi qua, gây mùi hôi , rò rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây
bệnh
- Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt dung
riêng cao hơn tất cả các vật iệu khác. Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm

13


nước vào, độ ẩm cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu có độ ẩm thấp hơn

như: mạt cưa, rơm rạ,…
- Độ ẩm của phân bắc, bùn và phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó cần
bổ xung các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết. [1]
1.3.1.3 Kích thước hạt:
- Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy. Quá trình phân hủy hiếu khí xảy

ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn sẽ tăng sự
tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy. Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và
chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ và giảm độ hoạt tính của vi sinh vật.
Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho
độ phân bố khí không đều, không có lợi cho việc chế biến phân hữu cơ. Đường kính
hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3 – 50mm. Kích thước hạt tối ưu có thể đạt
được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu. Phân bắc, bùn và
phân đồng vật thường có kích thước mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học.
[2]

1.3.1.4 Độ xốp
- Độ xốp là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ. Độ xốp tối ưu
sẽ thay đổi tùy theo vật liệu chế biến phân. Thông thường độ xốp cho quá trình chế
biến diễn ra tốt khoảng 35 – 60%, tối ưu là 32 – 36%.
- Độ xốp của CRT ảnh hửng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho sự trao
đổi chất, hô hấp của vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phân tử hữu cơ hiện diện
trong vật liệu ủ. Độ xốp thấp sẽ hản chế sự vận chuyển oxy, hạn chế sự giải phóng
nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ. Ngược lại độ xốp cao dãn tới nhiệt độ trong
khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt,
- Độ xốp có thể điều chỉnh được bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỷ lệ trộn
hợp lý. [3]
1.3.1.5 Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân rác
- Kích thước và hình dạng của các đống ủ có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ và
độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxi. [2]

14


1.3.1.6 Thổi khí
- Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để vi sinh vật sử dụng
cho sự phân hủy chất hữu cơ, làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt. Nếu khí không
được cung cấp đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kị khí, gây mùi hôi.
- Lượng không khí cung cấp cho khối ủ phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách:
+ Đảo trộn
+ Cắm ống tre
+ Thải chất thải từ tầng lưu chứa trên cao xuống thấp
+ Thổi khí
- Qúa trình đảo trộn cung cấp khí không đủ theo cân bằng tỷ lượng. Điều kiện hiếu
khí chỉ thỏa mãn đối với lớp trên cùng, các lớp bên trong hoạt động trong môi trường
tùy tiện hoặc kị khí. Do đó, tốc độ phân hủy giảm và thời gian cần thiết để quá trình ủ
phân bị kéo dài.
- Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân hủy cao nhất. Tuy nhiên, lưu
lượng khí phải được khống chế thích hợp. Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đến chi phí
cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an toàn vì có
thể chưa vi sinh vật gây bệnh. Khi pH của mồi trường khối phân lớn hơn 7, cùng với
quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát N2 dưới dạng NH3. Trái lại nếu thổi khí quá thấp,
môi trường bên trong khối phân chở thành kị khí. Vận tốc thổi khí cho quá trình ủ
phân thường trong khoảng 5 – 10 m3 khí/ tấn nguyên liệu/h. [2]
1.3.2 Các yếu tố hóa sinh
1.3.2.1 Tỷ lệ C/N
- Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật: Trong
carbon và nitơ là cần thiết nhất, tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất,
photpho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp, lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên
vi lượng khác cũng đóng vai trò qua trọng trong trao đổi chất của tế bào.
- Khoảng 20 – 40% C của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiết cho quá

trình đồng hóa thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hóa thành CO 2. Carbon cung
cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra 50% khối lượng tế bào vi sinh vật. Nitơ
là thành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin, enzyme, co-enzyme cần
thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào.
15


- Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1. Ở mức tỷ lệ thấp hơn nitơ
thừa và sẽ sinh ra NH3 (nguyên nhân gây ra mùi khai). Ở mức tỷ lệ cao hơn, tốc độ
phân hủy xảy ra chậm.
- Tỷ lệ C/N của các chất thải khác nhau được trình bày trong bảng sau, trừ phân ngựa
và lá khoai tây, tỷ lệ C/N của tất cả các chất thải khác nhau đều phải được điều chỉnh
để đạt giá trị tối ưu trước khi tiến hành làm phân.
Bảng 1.1. Tỷ lệ C/N của các chất thải

ST
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16
17
18
19

Chất thải

N (%khối lượng khô)

Tỷ lệ C/N

Phân bắc
Nước tiểu
Máu
Phân động vật
Phân bò
Phân gia cầm
Phân cừu
Phân heo
Phân ngựa
Bùn cống thải khô
Bùn cống đã phân hủy
Bùn hoạt tính
Cỏ cắt xén
Chất thải rau quả
Cỏ hỗn hợp
Lá khoai tây
Trấu lúa mì

Trấu yến mạch
Mạt cưa

5,5 – 6,5
15 – 18
10 – 14
1,7
6,3
3,8
3,8
2,3
4–7
2,4
5
3–6
2,5 – 4
2,4
1,5
0,3 – 0,5
0,1
0,1

6 – 10
0,8
3,0
4,1
18
15
25
11

6
12 – 15
11 – 12
19
25
128 – 150
48
200 – 500

- Khi bắt đầu quá trình ủ phân rác, tỷ lệ C/N giảm dần từ 30:1 xuống 15:1 ở các sản
phẩm cuối cùng do hai phần ba carbon được giải phóng tạo ra CO 2 khi các hợp chất
hữu cơ bị phân hủy bởi các vi sinh vật.
16


- Mặc dù đạt tỷ lệ C/N khoảng 30:1 là mục tiêu tối ưu trong quá trình ủ phân rác,
nhưng tỷ lệ này có thể hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, trong đó quan
trọng nhất là cần quan tâm đến các thành phần có hàm lượng lignin cao.
- Trong thực tế việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỷ lệ C/N gặp khó khăn vì
những lý do sau:
+ Một thành phần cơ chất như cellulose và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ bị
phân hủy sau một thời gian dài
+ Một số chất cần thiết cho vi sinh vật không có sẵn.
+ Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn Azotobacter,
đặc biệt khi có mặt đủ PO43+ Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác
+ Hàm lượng carbon có thể xác định theo phương trình sau:
%C =
- %C trong phương trình này là lượng vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệt độ 550 0C
trong một giờ. Do đó, một số chất thải chứa phần lớn nhựa (là thành phần bị phân hủy
ở 5500C) sẽ có giá trị %C cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủy sinh học.

- Nếu tỷ C/N trong CTR làm phân cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của
vi sinh vật do thiếu N. Chúng phải trải qua nhiều chu kì chuyển hóa, oxy hóa phần
carbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp. Do đó thời gian cần thiết cho quá trình
làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được ít mùn hơn. Theo nghiên cứu cho thấy,
nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân là 12 ngày, nếu
tỷ lệ này dao động trong vòng 20 – 50, thời gian cần thiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N
= 40 thì thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày. [2]
1.3.2.2 Oxy

17


- Oxy cũng là một trong những thành phần quan trọng cho quá trình ủ phân rác. Khi vi
sinh vật oxy hóa carbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO 2 được sinh
ra. Khi không có đủ oxy thì sẽ thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi như mùi
trứng thối của khí H2S.
- Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5%. Nồng độ oxy lớn
10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân rác hiếu khí. [3]
1.3.2.3 Dinh dưỡng
- Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu,…là cần thiết
cho sự chuyển hóa của vi sinh vật. Thông thường, các chất dinh dưỡng này không
giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu cho
quá trình ủ phân rác. [1]
1.3.2.4 pH
- Giá trị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho vi sinh vật trong quá trình ủ phân rác.
Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra acid hữu cơ. Trong giai
đoạn đầu của quá trình ủ phân rác, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH,
kiềm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kiềm hãm sự phân hủy lignin và
cellulose. Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân rác. Nếu hệ
thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây

ảnh hưởng nghiêm trọng tới hoạt động của vi sinh vật. [2]
1.3.2.5 Vi sinh vật
- Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác
nhau. Vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm: actinomycetes và vi
khuẩn. những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm vi
sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn
1.3.2.6 Chất hữu cơ
- Vận tốc phân huỷ dao động tùy theo thành phần, kích thước, tính chất của chất hữu
cơ. Chất hữu cơ hòa tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hòa tan. Lignin và
ligno – cellulosics là những chất phân hủy rất chậm. [2]

18


Bảng 1.2. Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí

Thông số

Giá trị

1.Kích thước

Quá trình ủ đạt tối ưu khi kích thước CTR khoảng 25 – 75 mm

2. Tỉ lệ C/N

Tỷ lệ C/N tối ưu dao độ trong khoảng 25 – 50
- Ở tỷ lệ thấp hơn, dư NH3, hoạt tính sinh học giảm
- Ở tỷ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế

3. Pha trộn

Thời gian ủ ngắn hơn

4.Độ ẩm

5.Đảo trộn

Nên kiểm soát trong phạm vi 50 – 60% trong suốt quá trình ủ, tối ưu
là 55%
Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và sự hình thành các
rãnh khí, trong quá trình làm phân hữu cơ, CTR phải được xáo trộn
định kì. Tần suất đảo trộn phụ thuộc vào quá trình thực hiện.
Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng từ 50 – 55 0C đối với một

6.Nhiệt độ

vài ngày đầu và 55 – 600C trong những ngày sau đó. Trên 660C hoạt
tính vi sinh vật giảm đáng kể.

7. Kiểm soát
mầm bệnh
8. Nhu cầu về
không khí
9. pH
10. Mức độ
phân hủy
11. Diện tích
đất yêu cầu

Nhiệt độ 60 – 700C, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt
Lượng oxy cần thiết được tính toán dựa trên cân bẳng tỷ lượng.
Không khí chứa oxy cần thiết phải được tiếp xúc đều với tất cả
thành phần của CTR làm phân
Tối ưu 7 - 7,5. Để hạn chế sự bay hơi của Nitơ dưới dạng NH 3, pH
không được vượt quá 8,5
Đánh giá qua sự giảm nhiệt độ vào thời gian cuối
Công suất 50T/ngày cần 1hecta đất

1.4 Tình hình nghiên cứu và sản xuất phân compost trên thế giới và Việt Nam

19


1.4.1Tình hình nghiên cứu và sản xuất phân compost trên thế giới
- Lịch sử quá trình ủ phân compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nông
nghiệp hàng nghìn năm trước công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3000 năm trước
công nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghiệp đầu tiên trên thế giới.
Người Trung Quốc đã ủ chất thải cách đây 4000 năm, người Nhật đã dùng compost
làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế kỷ. Tuy nhiên, đến năm 1943 quá trình ủ
compost mới được nghiên cứu một cách khoa học và báo cáo bởi giáo sư người Anh,
Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn Độ.
- Phân compost được Noble Hilter sản xuất đầu tiên tại Đức năm 1896 và đặt tên là
nitragin. Sau đó phát triển sản xuất tại một số nước như Mỹ, Canada, Anh và Thụy
Điển.
- Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizobium, do Beijermk phân lập
năm 1888 và được Fred đặt tên vào năm 1989 dùng để bón cho các loại cây trồng
thích hợp, kể cả họ đậu. Từ đó cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm
ứng dụng và mở rộng sản xuất phân bón trên nền chất mang hữu cơ khác nhau.
- Các kết quả từ Mỹ, Canada, Nga, Nhật, Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan,…cũng cho

thấy sử dụng phân compost có thể cung cấp cho đất và cây trồng từ 30 – 60 kg nitơ/ha
đất, một năm có thể thay thế từ 1/3 đến 1/2 lượng phân bón hóa học.
- Hiện nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ compost và nhiều mô hình công
nghệ ủ compost quy mô lớn trên thế giới. Các mô hình công nghệ ủ compost quy mô
lớn hiện nay trên thế giới được phân loại theo nhiều cách khác nhau: Theo trạng thái
của khối ủ compost tĩnh hay động, theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay
tự nhiên, có hay không đảo trộn. [3]
- Ở các vùng của Mỹ và Canada có khí hậu ôn đới thường áp dụng phương pháp xử lý
rác thải ủ đống tĩnh có đảo trộn như sau:
+ Rác thải được tiếp nhận và tiến hành phân loại. Rác thải hữu cơ được nghiền và
bổ xung vi sinh vật, trộn với bùn và đánh đống ở ngoài trời. Chất thải được lên
men từ 8 – 10 tuần lễ, sau đó sàng lọc và đóng bao.

20


Tiếp nhận rác

Loại bỏ tạp chất không
hữu cơ

Nghiền hữu cơ

Bổ sung VSV

Bùn

Đánh luống

Lên men từ

8 – 10 tuần
Sàng, xử lý chất hữu
cơ

Chôn lấp chất trơ

Đóng bao phân bón

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt của Mỹ và Canada.

- Ở Đức thì rác thải ở các gia đình đã được phân loại, ở những nơi công cộng thì phân
loại chưa triệt để, được tiếp nhận và tiến hành phân loại rác tiếp
21


- Rác hữu cơ được đưa vào các thiết bị ủ kín dưới dạng các thùng chịu áp lực cung
với thiết bị thu hồi khí sinh ra trong quá trình lên men phân giải hữu cơ.

Tiếp nhận rác thải
sinh hoạt

Phân loại
Rác hữu cơ lên men

Rác thải vô cơ

Tái chế

Hút khí
Phân hữu cơ vi sinh

Lọc

Chôn lấp chất trơ

Nạp khí

Hình 1.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt của Đức.

- Ở Trung Quốc những thành phố lớn thường áp dụng công nghệ trong thiết bị kín.
Rác được tiếp nhận đưa vào thiết bị ủ kín sau 10 – 12 ngày, hàm lượng các khí CH 4,
SO2, H2S,…giảm được đưa ra ngoài ủ chín. Sau đó tiến hành phân loại, chế biến
thành phân bón hữu cơ.

22


Tiếp nhận rác thải

Thiết bị chứa (hầm ủ kín) có bổ sung vi sinh vật, thu nước
thải trong thời gian 10 – 12 ngày
Ủ chính, độ ẩm 40%, thời gian từ
15 – 20 ngày

Sàng phân loại theo kích thước (bằng
băng tải sàng quay)
Phân loại theo trọng lượng
bằng không khí có thu kim
loại

Vật vô cơ

Phối trộn các nguyên tố
khác N, P, K và các nguyên
tố khác

Phân loại sản phẩm để tái
chế

Ủ phân bón (nhiệt độ từ 30 –
40 0C) trong thời gian 5 – 10
ngày

Chôn lấp chất trơ

Đóng bao tiêu thụ
sản phẩm

Hình 1.3. Công nghệ xử lý rác sinh hoạt Trung Quốc

23


1.4.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất phân compost ở Việt Nam
- Lịch sử phát triển nông nghiệp Việt Nam đã trải qua thời kỳ canh tác hữu cơ. Đó là
một thời kỳ mà ngành công nghiệp hóa học chưa phát triển, các loại phân hữu cơ chưa
xuất hiện nhiều trên thị trường, nhất là các nước nghèo và lạc hậu như Việt Nam. Lúc
đó nền nông nghiệp Việt Nam sản xuất chủ yếu dựa vào các nguồn phân hữu cơ nội
tại là chính như: phân chuồng, bùn ao, phân xanh, xác bã mắm, phân dơi trong hang
động. Tuy nhiên, đó chỉ là giai đoạn canh tác nông nghiệp hữu cơ theo tình thế, còn
lạc hậu và mất cân đối.

- Trong giai đoạn hiện nay với sự phát triển khá nhanh mà nền khoa học sản xuất phân
bón, ngoài việc sử dụng khá nhiều loại phân vô cơ thì Việt Nam đã và đang ứng dụng
các loại phân hữu cơ vi sinh từ các nguồn khác nhau (nhập khẩu và chế biến trong
nước) nhằm đóng góp tích cực vào giải quyết vấn nạn ô nhiễm môi trường do các
nguyên liệu này gây ra.
- Ở Việt Nam, phân compost cố định đạm cho cây họ đậu nitragin, phân compost phân
giải lân phosphobacterin đã được nghiên cứu từ năm 1960. Nhưng tới năm 1987 trong
chương trình 52D – 01 – 03 thì quy trình sản xuất nitragin trên nền chất mang than
bùn mới hoàn thiện.
- Từ năm 1991, mười đơn vị trong toàn quốc đã nghiên cứu phân compost cố định
đạm. Ngoài nitragin cho cây họ đậu đỗ còn có mở rộng cho cây lúa và các cây họ đậu
khác. Hai đơn vị dẫn đầu trong công tác nghiên cứu và ứng dụng phân compost là:
Viện công nghệ sinh học (trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc Gia) và
viện khoa học kỹ thuật Việt Nam (Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn). Hiện nay
đã có nhiều tổ chức và cá nhân đã thành công trong việc nghiên cứu sản xuất phân
compost trên những nền chất mang khác nhau và ứng dụng trên nhiều cây công
nghiệp, nông nghiệp như: PGS.TS Đỗ Châu Thu, TS Nguyễn Ích Tâm cùng cộng sự
của trung tâm nghiên cứu và phát triển nông nghiệp bền vững thuộc trường Đại học
Nông Nghiệp I đã hợp tác với khoa sinh học và kinh tế nông nghiệp thuộc Đại học
Udine (Italia) tiến hành đề tài: “Sản xuất phân compost từ rác thải hữu cơ sinh hoạt và
phế thải nông nghiệp dùng làm phân bón cho ba loại rau sạch ở ngoại ô thành phố
như: rau ăn lá (bắp cải), rau ăn củ (củ cải), rau ăn quả (cà chua)”.
24