Kỹ thuật sản xuất phân hữu cơ từ chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả

Đề tài:
KỸ THUẬT SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ
TỪ CHẤT THẢI RẮN CỦA QUÁ TRÌNH
CHẾ BIẾN RAU QUẢ
GVHD: TS. Lê Thanh Hà
Nhóm SV thực hiện:
Trần Thị Loan 20132345
Nguyễn Thị Xuân 20134698
Nguyễn Thị Thảo 20133619
Nguyễn Thị Thùy Ngân 20132748

Đặt vấn đề
• Ở Việt Nam hiện nay, các ngành sản xuất, kinh doanh và dịch vụ ngày
càng phát triển nhưng cũng tạo ra một lượng lớn chất thải. Chất thải nếu
không được xử lý sẽ gây ô nhiễm khi thải ra môi trường, đặc biệt là chất
thải rắn.
• Quá trình chế biến rau quả cũng là một trong những quá trình thải ra một
lượng tương đối chất thải rắn cần được xử lý.
Sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải rắn hữu cơ là một phương pháp xử
lý vừa lại đem lại hiệu quả kinh tế lại hạn chế ô nhiễm môi trường.

Nội dung
1. Đặc điểm chung của chất thải rắn trong quá trình chế biến rau quả
2. Cơ sở của kỹ thuật sản xuất phân bón hữu cơ từ CTR của chế biến rau quả
3. Các phương pháp sản xuất phân bón hữu cơ từ CTR của chế biến rau quả
4. Hiệu quả ứng dụng kỹ thuật sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải rắn của
chế biến dứa tại công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao

Phần 1
Đặc điểm chung của chất thải rắn
trong quá trình chế biến rau quả

1. Khái quát chung về chất thải rắn
‣ Định nghĩa:
Chất thải rắn(CTR) là toàn bộ vật chất không phải dạng lỏng hoặc
dạng khí được con người loại bỏ trong các hoạt động kinh tế xã hội.
‣ Phân loại chất thải rắn
Nguồn gốc phát sinh Tính chất độc hại Thành phần hóa học
• Chất thải rắn sinh hoạt
• Chất thải rắn công
nghiệp
• Chất thải rắn nông
nghiệp
• Chất thải rắn nguy hại
• Chất thải rắn ít nguy
hại
• Chất thải rắn hữu cơ
• Chất thải rắn vô cơ

‣ Tình trạng chất thải rắn hữu cơ ở nước ta hiện nay
• Lượng chất thải rắn sinh hoạt không ngừng tăng, mỗi năm tăng
trung bình 10%
- Tăng nhanh ở các đô thị lớn : Hà Nội, tp HCM, Đà Nẵng
- Tăng chậm hơn ở các đô thị nhỏ : Thái Bình, Nam Định, Sóc
Trăng, An Giang,…
• Tổng lượng chất thải rắn hữu cơ năm 2015 là 6,5 triệu tấn
• Các biện pháp xử lí chưa thực sự hiệu quả, diễn ra trên quy mô
nhỏ lẻ

‣ Tình trạng chất thải rắn ở nước ta hiện nay
Bảng 1: Chất thải rắn đô thị phát sinh 2007-2010
Nội dung 2007 2008 2009 2010
Dân số đô thị (tr.người) 23,8 27.7 25.5 26.2
Tỷ lệ dân sô đô thị so với cả
nước(%)
28,2 29,0 29,7 30,2
Chỉ số phát sinh CTR đô thị
(kg/người/ngày)
0,75 0,85 0,95 1,00
Tổng lượng CTR đô thị phát
sinh (tấn/ngày)
17,68 20,85 24,23 26,22
moitruongsach.vn/thuc-trang-rac-thai-thai-tai-viet-nam-2015

‣ Tình trạng chất thải rắn ở nước ta hiện nay

‣ Một số phương pháp xử lí chất thải rắn hiện nay
• Phương pháp sinh học
Sản xuất phân hữu cơ (xử lý hiếu khí)
Sản xuất khí sinh học (phân huỷ yếm khí)
• Phương pháp đốt
• Công nghệ ép điện
• Phương pháp chôn lấp

2. Chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả
‣ Nguồn gốc
Là phần thực phẩm thừa bị loại bỏ trong quá trình sơ chế nguyên liệu
hoặc sau chế biến.

‣ Đặc điểm
◦ Là chất thải rắn hữu cơ, dễ bị phân hủy sinh học, khi phân hủy tạo
mùi khó chịu
◦ Thành phần chất rắn bay hơi:7-15% tổng chất rắn
◦ Thành phần lignin: 0,4% chất rắn bay hơi
◦ Phần phân hủy sinh học: 0,82%
◦ Độ ẩm: 50-80% ( trung bình 70%)
◦ Trọng lượng riêng trung bình: 228 kg/cm³

Bảng 2.1: Tính chất cơ bản của chất thải thực phẩm và trái cây thải bỏ
Độ ẩm (%) Chất bay hơi (%) Cacbon cố định (%)
Chất thải thực phẩm 7.0 21.4 3.6
Trái cây thải bỏ 78.7 16.6 4.0
Bảng 2.2: Thành phần các nguyên tố của chất cháy (% khối lượng chất khô)
C (%) O (%) H (%) N (%) S (%) Tro (%)
Chất thải
thực phẩm
Trái cây
loại bỏ
48.0 6.4 37.6 2.6 0.4 5.0
48.5 6.2 39.5 1.4 0.2 4.2

Bảng 2.3: Thành phần của 1 số chất thải rau quả sau chế biến
Chất thải rau
quả
Chất khô
(%)
Chất hữu
cơ(%)
Protein thô
(%)
Đường
(%)
Xenlulose
(%)
Chất xơ
không
tan(%)
Lá củ cải
đường
10.0 78.9 21.9 24.9 11.4 42.3
Lá bắp cải 10.0 84.2 19.9 20.6 13.7 33.7
Bã cà rốt 9.5 92.5 7.2 64.3 15.3 24.0
Khoai tây 12.0 95.2 9.5 - -
Bã cà chua 25.3 94.0 22.1 12.0 63.0
Vỏ chuối 9.4 88.9 8.1 13.8 18.2 35.8
Dứa thải bỏ 9.9 96.5 4.6 40-75 - 73.0
www.fao.org/docrep/018/i3273e/i3273e.pdf

Bảng 2.4: Hàm lượng chất khoáng trong chất thải rau quả
Ca (%) P (%) Mg (%) Na (%) K (%) S (%)
Lá củ cải đường
0.88 0.2 0.83 1.76 0.54 0.31
Lá súp lơ 2.17 0.34 0.44 0.39 0.6 0.56
Lá bắp cải 2.38 0.23 0.68 0.43 0.44 0.68
Cà rốt 0.4 0.35 0.2 1.04 2.8 0.17
Khoai tây 0.08 0.22 0.12 0.01 2.15 0.09
Bã cà chua 0.22 0.47 0.28 0.12 0.98 0.15
Phần dứa bỏ đi 0.23 0.13 - - - -
Vỏ dưa hấu 0.47 0.43 0.36 0.21 0.74 0.18
Vỏ dưa lê 0.62 0.44 0.43 0.49 0.44 0.29
www.fao.org/docrep/018/i3273e/i3273e.pdf

Phần 2
Cơ sở kỹ thuật sản xuất phân bón
hữu cơ

1. Quy trình chung sản xuất phân bón hữu cơ
CTR của quá trình
chế biến rau quả
xử lý sơ bộ (nghiền)
dinh dưỡng
cho vsv
phối trộn ủ
chế phẩm vsv
xử lý hữu cơ
sàng
phân
bón hữu
cơ
trộn phụ gia
Nguyên tố vi lượng
N,P,K,…

2. Cơ sở của phương pháp.
Định nghĩa
Ủ hiếu khí là quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ thành các ổn
định gọi là chất mùn.
Cơ chế của phương pháp ủ hiếu khí
Mùn
Chất hữu cơ + O 2
VSV chuyển hóa
sinh khối VSV
CO 2 ,NO 3- ,SO 4
2-
H 2 O, nhiệt

‣ Vai trò của vi sinh vật
Tham gia các phản ứng thủy phân và oxy hóa
• Quá trình thủy phân
Nấm mốc và xạ khuẩn đóng vai trò quan trọng do chúng sản sinh ra các
enzym như: amilaza, xenllutaza ,lingo xenllulaza , pectinaza…
• Quá trình oxy hóa :
Các vi khuẩn có vai trò quan trọng như: Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrospira,…

• VSV phân giải cellulose
Vi khuẩn hiếu khí :Arzotobacter, Vibrio, Bacillus…
Xạ khuẩn : Micromonospora, Streptomyces,…
Vi nấm : Nấm mốc Ascomysetes, Trichoderma,…
• VSV phân giải protein
Nhóm VK nitrit hoá : Nitrozomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira
Nhóm VK nitrat hoá (oxi hoá NO 2 – thành NO 3 –): Nitrobacter, Nitrospira và
Nitrococcus
Nhóm VK cố định nitơ :Clostridium pastenisium
• VSV phân giải tinh bột
Apergillus candidus, A. Oryzae , Rhizopus, Bacillus sublitis , Fusarium, Rhizopus
• VSV phân giải phosphate
Chủ yếu thuộc hai chi: Bacillus và Pseudomonas

‣ Nguyên tắc lựa chọn chủng VSV
• Các chủng vi sinh vật có khả năng sinh hệ enzyme cellulase cao và ổn
định.
• Sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện thực tế của đống ủ.
• Có tác dụng cải tạo đất và có lợi cho thực vật khi sản xuất được phân ủ
bón vào đất.
• Không độc cho người, cây trồng, động vật và vi sinh vật hữu ích trong
đất.
• Nuôi cấy dễ dàng, sinh trưởng tốt trên môi trường tự nhiên, thuận lợi cho
quá trình xử lý.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí
‣ Nhiệtđộ
Nhiệtđộtốiưu 55-60°C đảmbảotốcđộphânhủytốiđa
• Giaiđoạnđầu: VSV hoạtđộngmạnhsinhnhiệtlàmtăngnhiệtđộđống ủ.
• Giaiđoạnsau: nhiệtđộđống ủ giảmdần.
‣ Khôngkhí
5m 3 khí /m 3 CTR/ngày
Thôngkhínhằmcungcấp oxy đồngthờicótácdụngtỏanhiệtdướiđống ủ.
‣ Tỷlệ C/N: 20/1-30/1
• Tỷlệ C/N nhỏ: N mấtđidạng NH3 trongquátrình ủ.
• TỷlệC/N lớn: làmchậmquátrình ủ, chấtlượngsảnphẩmkém.
Nếutỉlệ C/N quácaocóthểđiềuchỉnhbằngcáchbổ sung
thêmphânxímáyhoặcnướcthảibùncống.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí
‣ Độ ẩm : 55-56%
• W < 55% : thời gian kéo dài
• W > 65% : CTR bết bị nén gây yếm khí cục bộ
‣ pH: 6,5-8,0 (5-9)
• Ban đầu, pH nguyên liệu ủ khoảng 5 – 7
• Sau 2 – 4 ngày ủ, pH giảm do tạo axit hữu cơ.
• Khi nhiệt độ tăng, pH tăng dần theo xu hướng hơi kiềm.
‣ Ảnh hưởng của oxi
• Nếu thiếu oxi quá trình trở nên yếm khí và có mùi khó chịu
• Có thể cung cấp oxi bằng thổi khí, hút khí, đảo và khuấy trộn (tăng độ xốp)

Phần 3
Các phương pháp sản xuất phân
bón hữu cơ

Các phương pháp sản xuất phân bón hữu cơ từ CTR của
quá trình chế biến rau quả
Sản xuất phân bón hữu cơ
(organic fertilizer)
Ủ hiếu khí
(aerobic composting)
Ủ đảo
trộn
Ủ thổi
khí
Ủ thiết bị
nhỏ
Hệ
thống
CN

1. Phương pháp ủ đống không đảo trộn, có phân phối
khí (Aerobic static pile composting)
❖ Cách tiến hành
• Phế thải được chất thành các luống cao 2.0 – 2.5 m kết hợp thông khí cưỡng
bức. Hệ thống cấp khí được bố trí dọc theo luống, mỗi luống có 1 máy cấp khí
phục vụ riêng.
• Phương pháp thông khí: có 2 cách
- Thổi khí
- Hút chân không
• Giai đoạn đầu: các chất hữu cơ cao phân tử bị phân hủy thành các chất phân tử
lượng thấp, diễn ra trong thời gian ngắn (3 – 5 tuần) → nhu cầu thổi khí lớn.
• Giai đoạn ủ chín: ổn định chất lượng sản phẩm sau khi mùn không thể phân
hủy được nữa, diễn ra chậm trong thời gian dài → Nhu cầu thổi khí giảm.

Hệ thống cấp khí sử dụng thiết bị hút chân không.

❖ Đặc điểm của phương pháp
• Kém linh hoạt do chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả phải có độ xốp
tương đối (>20%). Độ xốp có vai trò quan trọng đảm bảo khí được phân phôi
đều khắp đống ủ.
• Phải có lớp mùn phủ bên ngoài để tránh mùi
• Cần ủ chín
• Thời gian: 6 – 12 tuần
• Độ ẩm: 50 – 60%

❖ Ưu, nhược điểm của phương pháp
‣ Ưu điểm
• Quá trình chuyển hóa nhanh, ít gây ô nhiễm môi trường.
• Thời gian ủ ngắn hơn so với phương pháp ủ lên men tự nhiên có đảo trộn.
• Có thể ủ 1 khối lượng tương đối lớn chất thải hữu cơ.
• Dễ kiểm soát nhiệt độ, nồng độ oxy trong luống ủ. Hệ thống thông khí làm
giảm nhiệt độ ủ thích hợp với sự phát triển của nhiều loại VSV.
‣ Nhược điểm
• Tốn kém chi phí cho hệ thống thông khí cưỡng bức.
• Hệ thống cung cấp khí có thể tắc nghẽn, do đó cần phải tu sửa và bảo trì
thường xuyên.
• Tốn diện tích bố trí các luống ủ.

2. Phương pháp sản xuất phân hữu cơ bằng hệ thống lên
men trong các thiết bị
❖ Cách tiến hành
• Chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả sau khi xử lý sơ bộ và phối trộn
sẽ được đưa vào thùng kín ( thùng kim loại hoặc bê tông) để ủ.
• Quá trình ủ phân compost được tăng tốc bằng việc duy trì các điều kiện tốt
nhất cho VSV hoạt động.
• Các điều kiện được kiểm soát bằng hệ thống sục khí và khuấy trộn để thúc
đẩy sự phân hủy.
- Hệ thống thông khí đảm bảo khí được phân phối đều khắp thùng ủ.
- Hệ thống khuấy trộn cũng phá vỡ các hạt, giúp các vi sinh vật tiếp cận tốt
hơn với vật chất hữu cơ để phân hủy.

Thiết bị ủ dạng
đứng
Thiết bị ủ nằm
ngang

❖ Đặc điểm
• Phương pháp có kiểm soát thông khí và nhiệt độ.
• Tạo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của VSV
- Hàm lượng oxy tối ưu cho hoạt động hiếu khí: > 10%.
- Độ ẩm thích hợp: 40-60% (tối ưu 52 – 58%)
- Nhiệt độ ủ tối ưu: 40 – 55°C .
• VSV có thể có sẵn trong chất thải của quá trình chế biến rau quả hoặc được bổ
sung để thúc đẩy quá trình phân hủy.
• Thời gian: 7 – 14 ngày.
• Sau khi chất thải phân hủy trong thùng kín cần có giai đoạn ủ chín để ổn định
tính chất của phân bón hữu cơ.

❖ Ưu, nhược điểm của phương pháp
‣ Ưu điểm
• Điều kiện ủ ( dòng khí vào, nhiệt độ, nồng độ oxy) được kiểm soát chặt chẽ,
giảm sự ảnh hưởng của thời tiết.
• Dễ tự động hóa tiết kiệm nhân công.
• Tốn ít diện tích đất nhất trong các phương pháp.
• Chất lượng sản phẩm tốt hơn.
• Hạn chế mùi hôi thối bốc ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ.
‣ Nhược điểm
• Vốn đầu tư và chi phí vận hành lớn.
• Thiết kế phức tạp và cần trình độ cao,phải bảo trì thường xuyên.
• Cần ủ chín sau đó.
• Công suất bị hạn chế bởi kích thước của thùng.

3. Phương pháp ủ thành đống lên men tự nhiên có đảo trộn

❖ Đặc điểm
• Đây là phương pháp ủ ngoài trời, cổ điển nhất
Cho phân hữu cơ có chất lượng cao.
• Nhiệt độ trung bình trong quá trình ủ: 55 0 C
• Độ ẩm duy trì: W = 50- 60%
• Phương trình tổng quát:
Chất hữu cơ + VSV + O 2 → Tế bào mới + CO 2 + H 2 O + NH 3 + Q(Kcal)
(C, H, O, N)

❖ Quá trình ủ
a) 4 tuần đầu: Ủ có đảo trộn
- Rác được chất thành từng luống có chiều cao 1.5- 2.5m, rộng 3- 3.5m.
- Không chất rác thành các đống ủ quá lớn, sẽ làm xuất hiện các vùng kị khí tại
trung tâm. Còn nếu đổng ủ quá nhỏ thì sẽ mất nhiệt nhanh và nhiệt độ không
đủ tiêu diệt VSV gây bệnh.

- Đảo trộn 2 lần/tuần
+ Làm bay hơi nước, khí, đảo trộn vật liệu, cấp O 2 , tạo lại độ xốp cho đống
ủ, loại trừ các khoảng trống.
+ Làm xáo trộn vật liệu bên trong và bên ngoài đống ủ, tạo điều kiện cho
tất cả vật liệu được tiếp xúc với không khí bên ngoài.
+ Tiêu diệt các VSV gây bệnh, ấu trùng, côn trùng, …
+ Đảo trộn còn có tác dụng xé nhỏ các phần tử rác để gia tăng diện tích bề
mặt và các vật liệu được trộn lẫn với nhau.

- Hoạt động của VSV:
+ Sau 3 ngày tạo đống ủ, nhiệt độ tăng lên đến 60 – 70 0 C, các hợp chất như
Protein, chất béo, xenlulose, hemixenlulose bị phân hủy bị phân hủy nhanh
chóng.
+ Trong giai đoạn này, vi khuẩn hoạt động là chủ yếu. Nhiệt độ cao là do quá
trình trao đổi chất của vi khuẩn tạo ra. Nhiệt độ cao giúp tiêu diệt các mầm
bệnh, sâu bệnh, hạt cỏ và rễ cỏ.
+ Trong suốt giai đoạn này, VK có nhu cầu rất cao về O 2 . Nếu không cung cấp
đủ O 2 (quá trình đảo trộn), sự phát triển của Vk gặp trở ngại, xuất hiện các
vùng yếm khí và gây ra mùi khó chịu.

) Các tuần tiếp theo: Ủ không đảo trộn.
- Khi các hợp chất hữu cơ đã được chuyển hóa bởi vi khuẩn, nhiệt độ
đống ủ sẽ giảm xuống dưới 45 0 C.
- Nhiệt độ giảm, các sợi mấm và xạ khuẩn bắt đầu xuất hiện và tiếp tục
phân hủy các chất còn lại trong đống ủ.
- Cuối giai đoạn, khi đống ủ mất đi khoảng ½ thể tích, có màu tối, màu mỡ
là có thể sử dụng được.

❖
Ưu, nhược điểm của phương pháp
• Ưu điểm:
+ Dễ thực hiện, rẻ, dùng cho chất thải ít gây mùi
+ Rất linh hoạt dùng cho nhiều loại rác thải và có thêm rác sau khi đã bắt
đầu ủ.
• Nhược điểm:
+ Mất vệ sinh, gây ô nhiễm nước và không khí.
+ Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
+ Quá trình đảo trộn làm thất thoát một lượng lớn Nito.

Phần 4
Hiệu quả ứng dụng kỹ thuật sản xuất
phân hữu cơ từ chất thải rắn của quá
trình chế biến dứa tại Công ty thực
phẩm Đồng Giao

1. Đánh giá nguồn phụ phẩm chế biến dứa và bã dứa
• Hàng năm, phụ phẩm dứa, bã dứa thải ra từ các nhà
máy chế biến có một khối lượng đáng kể. Năm
2000, tổng phụ phẩm dứa từ các cơ sở chế biến là
11.491 tấn trong đó bã dứa là 6.601 tấn.
Việc tận dụng nguồn phụ phẩm bã dứa làm phân
bón sinh học sẽ tăng thêm lợi ích kinh tế đồng thời
giảm ô nhiễm môi trường.

• Theo dây chuyền sản xuất nước dứa cô đặc công suất
5000 tấn sản phẩm /1 năm (hoàn thành từ tháng
6/2001) của nhà máy thực phẩm xuất khẩu Đồng Dao
• Quả dứa được bỏ chồi, ngọn ,cuống rồi rửa và ép cả
quả. Cứ 10 kg nguyên liệu cho khoảng 1 kg chính
phẩm còn lại là phụ phẩm, tỷ lệ bã dứa chiếm 35 –
40%.
• Khi dây chuyền hoạt động hết công suất, hàng năm
cần 50000 tấn quả, lượng bã dứa thải ra khoảng
20000 tấn.
• Bã dứa chứa1 tỷ lệ khá cao các chất đạm, đường và 1
số thành phần khác. Bã dứa có hàm lượng đường dễ
tan cao nên thuận lợi cho quá trình lên men, hàm
lượng xenllulozo cao
Sản xuất thành phân bón từ bã dứa sẽ là nguồn cung
cấp chất hữu cơ lý tưởng cho đất trồng.
Sản phẩm nước
dứa cô đặc

2.Tính ưu việt của sản xuất phân hữu cơ từ phụ phẩm
của chế biến dứa.
• Làm sạch môi trường nên không bị coi là phế thải mà được coi là nguyên
liệu có thể tái chế
• Có tác dụng cải tạo đất nâng cao độ phì nhiêu làm đất tơi xốp dễ canh tác,
không gây ô nhiêm đất, nước, hệ sinh thái
• Cho phép cây sử dụng tối đa chất dinh dưỡng. Nếu bón riêng phân hóa học
thì cây chỉ sử dụng 20-30% số còn lại bị rửa trôi bay vào không khí hoặc tồn
lưu trong đất dưới dạng không hòa tan. Hiện tượng này được khắc phục khi
trộn một phần phân hóa học với phân hữu cơ để bón cho cây. phân hóa học
được sử dụng dần dần và triệt để hơn
• sản phẩm cây trồng an toàn hơn. Giá thành rẻ phù hợp với khả năng tài chính
của nông dân.

Tổng kết
‣ Chế biến rau quả là quá trình thải ra một lượng lớn chất thải rắn hữu cơ
‣ Xử lý chất thải rắn của quá trình chế biến rau quả bằng biện pháp sản xuất
phân bón hữu cơ là biện pháp đem lại hiệu quả kinh tế đồng thời hạn chế gây
ô nhiễm môi trường
‣ Các nhà máy chế biến rau quả nên chú trọng ứng dụng kỹ thuật sản xuất
phân bón hữu cơ với chất thải rau quả sau chế biến để cung cấp nguồn phân
bón cho các vùng nguyên liệu của nhà máy

Tài liệu tham khảo
• Slide bài giảng “Kỹ thuật xử lý chất thải trong công nghệ thực phẩm” – TS. Lê
Thanh Hà.
• Báo cáo môi trường quốc gia 2011 – Chất thải rắn - Bộ tài nguyên và môi
trường.
• Đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý bã dứa làm phân hữu cơ sinh học” – TS.
Khuất Hữu Thanh, Viện CNSH & CNTP, Đại học BKHN, Năm 2004
• Tài liệu, website trên internet.
http://www.fao.org/docrep/018/i3273e/i3273e.pdf
http://moitruongsach.vn/thuc-trang-rac-thai-thai-tai-viet-nam-2015

Cảm ơn cô và các bạn đã
chú ý lắng nghe!