Sản xuất phân hữu cơ sinh học từ chất thải chăn nuôi dạng rắn

admin

4 years ago

Thực trạng và giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi?

Tại sao phải sản xuất phân hữu cơ sinh học từ chất thải chăn nuôi? Để trả lời cho câu hỏi này, chúng ta phải nhìn lại thực tại ngành chăn nuôi và các vấn đề còn tồn đọng. Trong đó, ô nhiễm môi trường chăn nuôi là vấn đề bức xúc ở nhiều vùng nông thôn Việt Nam. Ở nhiều địa phương, nguồn nước, môi trường không khí quanh các khu vực dân cư có các trang trại chăn nuôi đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường sống của người dân.

Hiện tại, có nhiều công nghệ xử lý ô nhiễm chất thải chăn nuôi. Như công nghệ khí sinh học, ủ phân hữu cơ, nuôi giun, …. Mỗi công nghệ có những ưu điểm và hạn chế riêng. Đòi hỏi phải được áp dụng ở những điều kiện phù hợp và nhiều khi cần phải có một tổ hợp các công nghệ khác nhau để xử lý toàn diện, triệt để ô nhiễm.

Giải pháp công nghệ đơn giản?

Có một biện pháp vừa góp phần quản lý chất thải chăn nuôi, giảm thiều ô nhiễm môi trường, mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị. Đồng thời giải quyết việc làm, tăng thu nhập cho người dân. Đó là sản xuất phân bón hữu cơ chất lượng tốt cho ngành trồng trọt.

Công nghệ sản xuất phân hữu cơ đơn giản dễ làm. Mỗi gia đình đều có thể làm được phục vụ tại nông trại. Cũng có thể xây dựng một cơ sở sản xuất công nghiệp tạo sản phẩm bán ra thị trường.

Khái niệm và phân loại phân bón hữu cơ

Phân bón hữu cơ là loại phân có thành phần hữu cơ là cơ bản nhất.

Có 4 loại phân hữu cơ:

Phân bón hữu cơ truyền thống: tạo ra từ nguồn nguyên liệu và cách xử lý truyền thống. Nguyên liệu là chất thải của vật nuôi, phế phẩm trong nông nghiệp, phân xanh (bèo hoa dâu, thân cây họ đậu…được gom ủ lại chờ hoại mục).

Phân bón hữu cơ sinh học: Có nguồn nguyên liệu hữu cơ (có thể có thêm than bùn) được xử lý. Và lên men theo một quy trình công nghiệp với sự tham gia của một hay nhiều chủng vi sinh vật.

Phân hữu cơ vi sinh: Có nguồn nguyên liệu và quy trình công nghiệp như phân hữu cơ sinh học nhưng có một hoặc nhiều chủng vi sinh vật vẫn còn sống và sẽ hoạt động khi được bón vào đất.

Phân bón hữu cơ khoáng: là phân hữu cơ sinh học được trộn thêm phân vô cơ.

Giới thiệu chung về quy trình

Quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ chất thải chăn nuôi gia cầm dạng rắn là công nghệ sử dụng các chủng men vi sinh vật phân giải Xelluloza có hoạt lực cao, làm phân hủy nhanh các chất hữu cơ tại chỗ. Như: Than bùn, phế thải chăn nuôi gia cầm dạng rắn, phế phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất phân bón hữu cơ sinh học.

Trong quá trình sản xuất phân hữu cơ sinh học, phân bón được bổ xung các vi lượng cần thiết cho cây trồng như: Cu, Zn. B, Mn Mg …, Axit hữu cơ, các vi sinh vật có ích và NPK phù hợp cho quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng như: rau, hoa, cây cảnh… Nhằm phát triển nền nông nghiệp hữu cơ, an toàn, bền vững và bảo vệ môi trường sinh thái.

quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh

Công dụng của phân hữu cơ sinh học:

Tăng cường chất hữu cơ, cải tạo đất, làm cho đất tơi xốp và làm tăng độ mầu mỡ cho đất trồng.
Cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cho cây trồng (rau, hoa, cây cảnh).
Tăng khả năng giữ ẩm, tạo điều kiện cho hệ vi sinh vật đất phát triển, giúp cho rễ phát triển nhanh, khỏe.
Tăng khả năng kháng sâu bệnh, chịu hạn cho cây trồng
Giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt, ổn định, làm tăng chất lượng của sản phẩm cây trồng.

Các loại máy móc cần chuẩn bị

Máy đánh luống ủ, máy trộn, máy nghiền, trộn, máy sấy, hệ thống băng tải vận chuyển, hệ thống cân định lượng và máy đóng gói.

Các loại thiết bị này, chúng ta có thể tham khảo trên thị trường và tùy thuộc vào công suất mà chọn lựa máy phù hợp.
Các bạn có thể tham khảo các máy trên Google.com tìm kiếm hoặc các trang thương mại Alibaba.com. Hiện tại, ở Việt Nam cũng có nhiều đơn vị sản xuất. Khi cần tư vấn dây chuyền sản xuất phân bón. Các bạn có thể tham khảo tại đây.

Nghiên cứu nguồn nguyên liệu đầu vào để sản xuất phân hữu cơ sinh học từ chất thải chăn nuôi:

các nguồn nguyên phụ liệu gồm phân gà, phân lợn, phụ phẩm nông nghiệp (trấu, mùn cưa, thân cây lá xanh.
Trộn theo tỷ lệ: Phân thải chăn nuôi : phụ phẩm nông nghiệp : lá cây xanh : vôi bột/hoặc tro = 60 : 20 : 20 : 1

Hoặc tỷ lệ: Phân gà, phụ phẩm nông nghiệp là 40:60 và trộn vôi bột 1%.

Xử lý sơ bộ (xử lý tạp nhiễm)

Chuẩn bị vôi bột: Vôi bột có hàm lượng CaO >60%, trộn vào nguyên phụ liệu với tỷ lệ 1%.

Cân nguyên phụ liệu bằng cân định lượng đúng tỷ lệ và số lượng.

Trải đều nguyên phụ liệu theo từng lớp dung cuốc, bồ cào, xẻng đảo đều hoặc vận hành máy trộn cho đảo đều nguyên phụ liệu. Nếu sử dụng máy trộn thì trải đều nguyên phụ liệu theo luống dài. Chú ý, không để nguyên phụ liệu bị rơi vãi trong quá trình đảo trộn.

Sau đảo trộn xong tiến hành đóng bao vận chuyển về nơi ủ.

Nguyên lý chung của quá trình lên men

Quá trình lên men là quá trình phân giải các chất hữu cơ có trong các chất thải. Gồm: phân gia cầm, các phế phụ phẩm nông nghiệp, … Đây là quá trình phân giải sinh học, các chất hữu cơ được hoai mục thành mùn hữu cơ.

Quá trình lên men được thực hiện bởi một nhóm các vi sinh vật trong đống phân ủ bao gồm: vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn, … Sự ổn định chất thải phần lớn được kết thúc bằng hoạt động của vi khuẩn.

Trước tiên là các vi khuẩn ưa nhiệt xuất hiện. Và phát triển mạnh theo độ tăng của nhiệt độ đống phân ủ. Đồng thời là sự phát triển của các loài nấm mốc ưa nhiệt. Thông thường khoảng 5 – 10 ngày sau khi ủ. Khi nhiệt độ lên đến 65 – 70 độ C thì phần lớn nấm mốc, xạ khuẩn và vi khuẩn sẽ bị chết. Lúc này chỉ còn tồn tại các bào tử của vi khuẩn.
Cuối giai đoạn ủ các loài xạ khuẩn sẽ tạo thành từng đám màu trắng. Hoặc màu xám trắng trên bề mặt khối ủ.

Quá trình ủ chất thải hiếu khí hoặc kỵ khí:

Giai đoạn 1: Các loài vi sinh vật bắt đầu làm quen với điều kiện môi trường mới.

Giai đoạn 2: Giai đoạn phát triển mạnh các vi khuẩn ưa nhiệt.

Giai đoạn 3: Giai đoạn phát triển mạnh các vi sinh vật ưa nhiệt. Ở giai đoạn này, các vi sinh vật gây bệnh đều bị tiêu diệt.

Các phản ứng sinh học xảy ra:

Trong điều kiện hiếu khí:

(COHNS) + O2 + Vi sinh vật → CO2 + NH3 + Các sản phẩm khác + Năng lượng

Trong điều kiện kỵ khí:

(COHNS) + Vi sinh vật kỵ khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4

Cả hai quá trình trên đều tạo ra những tế bào vi sinh vật mới. Trong đó ở điều kiện hiếu khí sinh khối được tạo ra nhiều hơn.

Giai đoạn 4: Sau giai đoạn phát triển mạnh các vi sinh vật chịu nhiệt. Là giai đoạn giảm dần nhiệt độ.

Giai đoạn này bắt đầu một quá trình lên men lần hai rất chậm. Và xảy ra quá trình mùn hóa chất thải.

Trong giai đoạn này xảy ra các phản ứng sau:

Nitrosomonas
NH4⁺ + 1,5O2	→	NO2− + 2H⁺ + H2O
NO2⁻ + 0,5O2	Nitrobacter	NO3⁻
→

Kết hợp 2 phản ứng trên ta có:

NH4⁺ + 2O2 → NO3^– + 2H⁺ + H2O (1)

Trong tế bào vi sinh vật cũng xảy ra phản ứng:

NH4⁺ + 4CO2 + HCO3^– + H2O → C5H7O2N + 5O2 (2)

Kết hợp 2 phản ứng (1) và (2) ta có:

22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- → 21NO3- + C5H7O2N + 20H2O + 42H+

Các vi khuẩn Nitrosomonas sẽ chuyển NH4+ thành NO2^– còn vi khuẩn Nitrobacter chuyển NO2^– thành NO3^–, các vi khuẩn này rất dễ bị tiêu diệt ở nhiệt độtrên 400C

Cơ chế lên hiếu khí

Trong khi ủ phân, các vi sinh vật sẽ tiến hành phân hủy các chất cellulose, glucose, protein, lipit có trong thành phần của phân chuồng. Trong khi ủ có hai quá trình xảy ra đó là quá trình phá vỡ các hợp chất không chứa N. Và quá trình khoáng hóa các hợp chất có chứa N.
Sự phân hủy này làm thành phần phân chuồng thay đổi. Có nhiều loại khí như H₂, CH₄, CO₂, NH₃,… Và hơi nước thoát ra làm cho đống phân ngày càng giảm khối lượng.

Quá trình ủ phân gồm có 4 giai đoạn biến đổi:

Giai đoạn phân tươi

Giai đoạn phân hoai dang dở

Giai đoạn phân hoai

Giai đoạn phân chuyển sang dạng mùn

Khi ủ phân cần trộn thêm Super lân để giữ NH₃, cơ chế giữ lại NH₃ như sau:

Ca(H₂PO₄) + 4NH₃ + H₂O→ 2(NH₄)₂HPO₄ + Ca(OH)₂

Ủ với tro & than trấu:

Trong thực tiễn cũng có thể dùng tro & than trấu độn với phân gia cầm. Vì trong tro tro trấu có chứa SiO₂ có khả năng giữ NH₃. Tuy nhiên ủ phân không nên dùng tro bếp từ rơm, rạ… trộn với phân gia cầm. Vì có thể tạo ra các chất kiềm mạnh theo cơ chế như trong các phản ứng dưới đây:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

K₂O + H₂O → KOH

Thông thường sự phân hủy hoàn toàn xảy ra trong thời gian từ 40-60 ngày.

Để tăng hiệu quả ủ phân và rút ngắn thời gian người ta có thể bổ sung các chất hữu cơ. Để tăng cường hoạt động của vi sinh vật hoặc bổ sung trực tiếp các vi sinh vật khi ủ phân. Quá trình ủ phân kích thích các vi sinh vật hoạt động. Làm nhiệt độ tăng đáng kể đạt khoảng 45-70⁰C sau 4-5 ngày đầu vào thời điểm phân có độ axit với pH = 4-4,5.

Ở nhiệt độ và pH này các vi sinh vật gây bệnh hầu hết kém chịu nhiệt sẽ dễ dàng bị tiêu diệt. Và các ký sinh trùng hay những hạt cỏ dại cũng bị phá hủy. Quá trình ủ còn làm cho một lượng lớn hơi nước và khí CO₂ thoát ra môi trường. Sự thoát khí nhiều hay ít còn phụ thuộc vào diện tích đống ủ. Khi quá trình kết thúc hợp chất hữu cơ bị phân hủy, phân trở nên xốp, màu nâu sẫm không có mùi khó ngửi.

Trong điều kiện hiếu khí chất hữu cơ được vi sinh vật phân hủy theo phương trình sau:

(CHO)_nNS → CO₂ (60%) + H₂O + tế bào vi sinh vật (40%) + các sản phẩm dự trữ + NH₄⁺ + H₂S + năng lượng (CH₄).

Cơ chế lên men yếm khí

Cơ chế lên men kỵ khí là quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong đống phân nhờ sự hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí. Ở điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, độ xốp thích hợp, … Chất hữu cơ phân giải thu được là các chất dễ tan. Hỗn hợp các chất khí CH4, CO2, NH3, … trong đó CH4 chiếm nhiều nhất.

Thời gian phân hủy từ 4 – 12 tháng. Tuy nhiên các vi khuẩn gây bệnh luôn tồn tại cùng quá trình phân hủy. Vì nhiệt độ phân hủy thấp, các khí sinh ra gây mùi hôi thối khó chịu, …

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sản xuất phân hữu cơ sinh học từ chất thải

Các yếu tố lý học

Kích thước nguyên liệu

Kích thước của nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy khi ủ phân sản xuất phân hữu cơ sinh học từ chất thải chăn nuôi. Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt nguyên liệu. Nguyên liệu có kích thước nhỏ. Tổng diện tích bề mặt lớn. Nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy.

Tuy nhiên, nếu kích thước nguyên liệu quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ. Điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ. Và giảm mức độ hoạt tính của vi sinh vật.

Ngược lại, nguyên liệu có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều, không có lợi cho quá trình ủ phân hữu cơ.

Đường kính nguyên liệu tối ưu cho quá trình ủ phân khoảng 3 – 50 mm. Kích thước nguyên liệu tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu.

Chất thải rắn đô thị, chất thải rắn công nghiệp, nông nghiệp phải được nghiền đến kích thước thích hợp trước khi làm phân hữu cơ sinh học. Phân trâu, bò, gia súc, gia cầm, bùn thải, … thường có kích thước mịn, thích hợp cho quá trình ủ phân hữu cơ sinh học.

Nhiệt độ

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá trình ủ phân hữu cơ sinh học. Và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ phân.

Tốc độ phân hủy các chất hữu cơ trong đống ủ tăng kéo theo nhiệt độ tăng. Thường nhiệt độ tăng lên 10^o C thì tốc độ phản ứng tăng lên gấp 2 lần. Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trình ủ, phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các vi sinh vật và thiết kế của hệ thống.

Mỗi vi sinh vật đều có nhiệt độ tối ưu để tăng trưởng. Trong đống ủ, nhiệt độ cần duy trì khoảng từ 55 – 65⁰C. Vì ở nhiệt độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này, 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 đống 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

Độ ẩm

Nước cần cho sự sống của vi sinh vật. Vì vậy cần phải duy trì độ ẩm cho sự phát triển của vi sinh vật. Độ ẩm tối ưu đối cho quá trình ủ phân từ 50 – 60%. Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn khi độ ẩm quá lớn (> 65%). Thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí. Vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi và thoát chất dinh dưỡng.

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 liệu khác.

Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào. Độ ẩm cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như: mạt cưa, rơm rạ.

Độ xốp

Độ xốp là một yếu tố quan trọng trong quá trình ủ phân hữu cơ sinh học. Độ xốp tối ưu sẽ thay đổi tùy theo loại nguyên liệu ủ phân. Thông thường, độ xốp cho quá trình ủ diễn ra tốt khoảng 35 – 60%, tối ưu là 32 – 36%.

Độ xốp của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy. Cần thiết cho sự trao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí. Và sự oxy hóa các phần tử hữu cơ hiện diện trong các nguyên liệu ủ.

Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy. Nên hạn chế sự giải phóng nhiệt. Và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ. Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp. Mầm bệnh không bị tiêu diệt. Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệ trộn hợp lý.

Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân

Kích thước và hình dạng của các hệ thống ủ phân có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy.

Các yếu tố hóa học

Tỷ lệ C/N

Có nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy chất thải do vi sinh vậtTtrong đó cacbon và nitơ là cần thiết nhất. Tỷ lệ cacbon so với nitơ (tỷ lệ C/N) là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất.
Phốt pho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp, lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào.

Việc cung cấp cân đối tỷ lệ C/N quyết định quá trình khoáng hóa nitơ xảy ra hay là quá trình cố định nitơ sẽ xảy ra. Khoáng hoá là quá trình chuyển hóa nitơ hữu cơ thành nitơ vô cơ (ví dụ amoni và nitrat), cố định là quá trình chuyển nitơ vào sinh khối vi sinh vật.

Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân khoảng 30/1. Ở mức tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3 hơn, sự phân hủy xảy ra chậm. Tỷ lệ này có thể được hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của nguyên liệu ủ, trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các thành phần có hàm lượng lignin cao.

Oxy

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân hiếu khí. Khi vi sinh vật oxy hóa cacbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2 được sinh ra. Khi không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi.

Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5%. Nồng độ oxy lớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân hiếu khí.

Dinh dưỡng

Cung cấp đủ phốtpho, 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 có giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu cho quá trình ủ phân.

pH

Giá trị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình phân. Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ.

Trong giai đầu của quá trình ủ phân, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kìm hãm sự phân hủy lignin và cellulose. Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân. 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 đến hoạt động của vi sinh vật.

Việc sản xuất phân hữu cơ sinh học từ chất thải chăn nuôi là một công việc quan trọng. Điều này cần được các cấp ban ngành quan tâm thiết thực. Đưa ra các hướng dẫn về chính sách, định hướng công nghệ và biện pháp xử lý triệt để.

THÔNG TIN LIÊN HỆ:

VIET RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGY

Add: An Thượng, Hoài Đức, Hà Nội

Website: https://ecocharvietnam.com

Email: ecocharvietnam@gmail.com

Hotline: 0936.015.185

CÁC BÀI VIẾT LIÊN QUAN: