Tình hình chung

Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, ngành nông nghiệp cũng đã có

những thay đổi đáng kể. Nhiều máy móc tiên tiến, công nghệ trồng trọt, giống mới… ra

đời, đáp ứng kịp thời với những nhu cầu ngày càng cao.

Việt Nam là một nước đậm chất nông nghiệp nên phân bón và giống có thể xem là 2

yếu tố quyết định nhất đến năng suất và chất lượng cây trồng. Tuy nhiên, do sử dụng quá

mức cần thiết các loại phân bón và thuốc trừ sâu hóa học đã làm cho nền đất nhanh chóng

bị thoái hóa, bạc màu… gây ô nhiễm môi trường cũng như ảnh hưởng mạnh mẽ đến con

người.

Bên cạnh đó, việc thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải rắn đang là một vấn đề cấp

bách và nan giải đối với nhiều địa phương trong cả nước.

Vậy làm thế nào để khắc phục tình trạng trên?

Đó là sử dụng chất thải hữu cơ - một nguồn nguyên liệu có thể tái sử dụng làm phân

bón rất tốt cho nông nghiệp. Vì thế nếu xử lý chất thải nhưng có thể tận dụng làm phân

bón thì điều đó có ý nghĩa rất nhiều trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Hiện nay, công nghệ chế biến compost hiếu khí, kị khí trên thế giới và Việt Nam tuy

đã tạo ra được những sản phẩm compost đạt chất lượng khi sử dụng. Tuy nhiên, quá

trình phân hủy trong chế biến compost là một quá trình phức tạp với khoảng thời gian

phân hủy lâu nếu quần thể sinh vật chưa kịp phát triển đến mức tối ưu. Do đó để rút

ngắn thời gian phân hủy, tiết kiệm chi phí vận hành thì biện pháp tăng cường sinh học là

giải pháp hứa hẹn có thể mang lại kết quả cao trong công nghệ chế biến compost. Tăng

cường sinh học ngoài việc tạo ra sự cạnh tranh giữa các quần thể sinh vật hiện có giúp

phục vụ cho mục đích xử lý nó còn có thể xử lý những chất thải mà sự hiện hữu của vi

sinh vật trong chất thải không xử lý được.

Một số vật liệu có thể sử dụng trong chế biến compost.

Vật liệu Carbon / nitơ Ghi chú

Trái cây và rau phế liệu

Nitơ Thêm với các mặt hàng carbon khô

Vỏ trứng trung lập Tốt nhất khi bị nghiền nát

Lá Carbon Lá phá vỡ nhanh hơn khi cắt nhỏ

Cỏ dại Nitơ Chỉ sử dụng cỏ dại

Cây bụi prunings Carbon -

Rơm rạ hoặc cỏ khô Carbon -

Thông kim Carbon Có tính axit; sử dụng với lượng vừa phải

Hoa, cành giâm Nitơ -

Rong biển và tảo bẹ Nitơ -

Gỗ tro Carbon Chỉ sử dụng tro từ các vật liệu sạch, rắc nhẹ

Phân gà Nitơ -

Trà lá Nitơ -

Báo Carbon Tránh sử dụng giấy bóng và các loại mực màu

Vụn giấy Carbon Tránh sử dụng giấy bóng và các loại mực màu

Các tông Carbon Cắt nhỏ vật liệu

Bắp ngô, thân cây Carbon Làm chậm phân hủy, tốt nhất cắt nhỏ

Mùn cưa viên Carbon Nồng độ cacbon cao, thêm vào trong lớp để tránh vón cục

Chip gỗ / viên Carbon Mức độ carbon cao, sử dụng ít

Các phản ứng sinh hóa

Các chất thải hữu cơ thích hợp cho việc ủ phân compost có thành phần thay đổi rất

lớn. Các chất thải đô thị và bùn lắng trong rác thải đô thị có thường có thành phần không

đồng nhất. Trong khi đó, chất thải từ các nhà máy chế biến thì thành phần đồng nhất. Quá

trình phân hủy các chất thải hữu cơ diễn ra rất phức tạp theo nhiều giai đoạn và sản phẩm

liên quan.

Ví dụ như quá trình phân hủy protein bao gồm các bước: Protein peptides

amino axit hợp chất amonium nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3.

Đối với hydratcarbon, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước sau:

Hydratcarbon đường đơn axit hữu cơ CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn.

Quá trình phân hủy các chất thải hữu cơ trong ủ compost diễn ra rất phức tạp, có

thể phân biệt dựa vào 4 pha sau đây:

Pha thích nghi (Latent phase): đây là thời gian làm quen của vi sinh vật làm quen và

định cư trong môi trường mới.

Pha tăng trưởng (Growth phase): thể hiện sự gia tăng sinh học và làm cho nhiệt độ

trong đống ủ tăng lên đến ngưỡng mesophilic.

Pha ưa nhiệt (Thermophilic phase): đây là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Trong

pha này, các chất thải được ổn định và mầm bệnh bị tiêu diệt có hiệu quả nhất. Có

thể biểu diễn phản ứng sinh hóa xảy ra trong pha này bằng phương trình sau:

CHONS + O2 + VSV hiếu khí CO2 + NH3 + SP khác + năng lượng.

CHONS + O2 + VSV kị khí CO2 + H2S + NH3 + CH4 + SP khác + năng lượng.

Pha trưởng thành (Maturation phase): nhiệt độ giảm xuống mesophilic và sau đó

bằng nhiệt độ với môi trường. Quá trình lên men thứ cấp diễn ra chậm thích hợp

cho sự biến đổi một vài chất phức tạp thành chất keo sau đó thành chất mùn. Quá

trình Nitrat hóa với amoni làm sản phẩm trung gian bị oxi hóa sinh học tạo thành

Nitrit (NO2-) và sau cùng là Nitrat(NO3

-). Phương trình xảy ra như sau:

Kết hợp 2 quá trình trên, quá trình nitrat hóa xảy ra theo phản ứng 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 như sau:

NH4+ + 4CO2 + HCO3

- + H2O C5H7O2N + 5O2 (4)

Kết hợp (3) và (4) ta có :

22 NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3

- 21 NO3- + C5H7O2N + 20 H2O + 42H+

Nitrosomonas bacteriaNH4

+ + 3/2O2 NO2- + 2H+ + H2O

Nitrobactor bacteriaNO2

- + 1/2O2 NO3- (2)

Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ compost

Pha trưởng thànhPha tăng trưởng

Pha ưa nhiệt thermophilicPha thích nghi

Thời gian

Nhiệt độ

70

60

50

40

30

20

10

0

Đồ thị 1. Biến thiên nhiệt độ của các pha

II.3.2. Phản ứng sinh học

Ủ compost là một quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong các chất thải rắn

sinh hoạt được biến đổi thành các chất mùn ổn định do các hoạt động của các tổ chức có

thể sống trong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải. Các tổ chức này gồm các loài

vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh (protozoa).

Chất thải hữu cơ được phân hủy bắt nguồn từ sinh vật tiêu thụ bậc 1 như vi khuẩn,

nấm. Sự ổn định chất thải do các phản ứng của vi khuẩn thực hiện. Trong thời gian đầu vi

khuẩn thích hợp với điều kiện mesophilic xuất hiện trước, khi nhiệt độ tăng vi khuẩn

thermophilic xuất hiện chiếm hầu hết vị trí trong khối ủ.

Thermophilic nấm thường tăng trưởng từ 5 đến 10 ngày sau khi ủ. Nếu nhiệt độ cao

hơn 65-700C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế chỉ còn các dạng bào tử có thể

phát triển. Trong giai đoạn cuối cùng, khi nhiệt độ giảm nhóm vi khuẩn Actinomycetes

trở nên chiếm ưu thế làm cho bề mặt của đống ủ sẽ xuất hiện màu trắng hoặc nâu.

Các loài vi khuẩn thermophilic, hầu hết là các loài Bacillus đóng vai trò quan trọng

trong việc phân hủy protein và hợp chất hidratcarbon. Mặc dù chỉ hoạt động bên lớp

ngoài của đống ủ và chỉ hoạt động vào giai đoạn cuối nhưng nhóm Actinomycetes đóng

vai trò quan trọng trong việc phân hủy cellulose, lignin và các hợp chất bền vững khác.

Sau giai đoạn tiêu thụ bậc 1 hay giai đoạn sơ cấp thực hiện xong, các chất này sẽ là thức

ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giun tròn, động vật nguyên sinh,

phiêu sinh.

II.4.4. Vi sinh vật

Chế biến compost là một quá trình phức tạp trong đó có sự tham gia của nhiều loại

vi sinh vật khác nhau bao gồm: Nấm, Actinomycetes, Vi khuẩn ( đôi khi còn có Protozoa

và Tảo).

Vi khuẩn: có mặt ở hầu hết các giai đoạn chế biến compost. Hầu hết hoạt động cùa

vi sinh vật trong quá trình ủ compost có đến 80-90% là do vi khuẩn bao gồm

Streptococus sp, Bacillus sp, Vibrio sp.

Actinomycetes: thường xuất hiện vào khoảng ngày thứ 5-7 trong quá trình ủ bao

gồm: Micromonospora, Streptomyces, Actinomycetes.

Nấm: giới hạn nhiệt độ của nấm là khoảng 600C gồm các loại như sau: Aspergillus,

Penicillin, Fusarium, Trichoderma vaø Chaetomonium.

Vi sinh vật gây bệnh: một trong những yêu cầu của sản xuất phân compost là phải

hạn chế đến mức tối đa các loài vi sinh vật gây hại có trong sản phẩm compost.

Các giai đoạn sản xuất phân compost

Gồm 9 bước:

Bước 1: Phân loại rác

Rác thu gom đến xưởng sẽ được phân loại thành 3 loại: dễ phân hủy, tái chế và đổ

bỏ.

Bước 2: Trộn rác với các thành phần bổ sung.

-Tỷ lệ C/N rất quan trọng cho quá trình phân hủy rác. C cần cho sự sinh trưởng

của tế bào, còn Nitrogen là nguồn dưỡng chất.

- Bổ sung 5kg ure, 5kg lân supe hoặc nung chảy cho 1 tấn nguyên liệu, 750 ml

sinh khối vi sinh vật sau 10 ngày nuôi cấy được hoà vào 30 lit nước và trộn đều với

khốinguyên liệu.

Bước 3: Đổ rác váo bể ủ.

Thành phần rác hữu cơ dễ phân hủy sẽ được rải đổ trên bề mặt của bể ủ với chiều

dày từng lớp khoảng 20cm và cung cấp bằng chế phẩm EM lên bề mặt của rác trong bể ủ.

Bước 4; Đảo trộn rác.

Trong vài ngày đầu lượng vi sinh vật hiếu khí tăng trưởng rất nhanh nên cần nhiều

oxy. Việc thiếu oxy sẽ làm tăng trưởng vi sinh vật kị khí và làm xuất hiện mùi hôi, đồng

thời làm chậm quá trình compost.

Bước 5: Kiểm soát nhiệt độ.

Vi sinh vật hoạt động hiệu quả trong khoảng 55 -65OC. Nhiệt độ trên 70 làm ức

chế hoạt động của vi sinh vật

Bước 6: Kiểm soát độ ẩm.

Vi khuẩn lấy chất dinh dưỡng chỉ khi các chất đó được phân hủy thành ion trên

mặt phân tử nước. vì thế độ ẩm giữ một vai trò quan trọng. để đảm bảo tốc độ phân hủy

cần duy trì độ ẩm trong các bể compost ở mức 50 -60%.

Bước 7: Ủ chín.

-Sau khoảng 40 ngày rác trong bể sẽ ngã màu như màu đất và nhiệt độ xuống dưới

50oC.

-Di chuyển compost sang bể ủ chin. Bể này cao hơn (1,5m) để tiết kiệm không

gian.

-Không cần phải đảo trộn.

-Bổ sung them ít nước nếu compost quá khô.

-Vào mùa mưa nên giữ để compost không bị ướt vì nước mưa có thể mang đi các

dưỡng chất.

-Tiếp tục theo dõi nhiệt độ cho đến khi ổn định bằng với nhiệt độ không khí bên

ngoài. Nếu nhiệt độ tăng lên khi thêm nước, quá trình chín sẽ chậm lại và cần thêm vài

ngày nữa.

Bước 8: Sàng lọc compost.

- Compost cần được sàng lọc với kích thước tùy vào yêu cầu của thị trường, thông

thường khoảng 10mm. việc sàng lọc giúp loại bỏ các phần không phải hữu cơ còn sót lại

trong quá trình phân loại ban đầu như các mẫu plastic, mẫu kim loại,…

- Phân hữu cơ chưa chín còn lại sau khi sang được sử dụng lại để trộn các phân rác

mới như một nguồn cacbon vì nó chứa sẵn các vi sinh vật của quá trình compost.

Bước 9: Chứa và đóng bao

- Giữ compost nơi khô ráo và tránh nước mưa. Không nên lưu trữ compost quá 2

năm vì thành phần dưỡng chất và thành phần hữu cơ sẽ giảm theo thời gian.

- Bao đựng compost là loại không thấm nước nhưng vẫn đảm bảo thông khí vì

compost vẫn là một nguyên liệu “sống” nên cần không khí.