Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu 1. Tổng luận về công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ – vi sinh dạng viên Trên thế giới, phân hữu cơ nói chung và phân hữu cơ vi sinh nói riêng đã được nghiên cứu và ứng dụng trong canh tác cây trồng từ lâu. Với ưu điểm là nguồn nguyên liệu dồi dào, góp phần tận dụng các nguồn chất thải trong xử lý môi trường, tham gia vào quá trình cải tạo đất trồng, công nghệ sản xuất đơn giản, giá thành rẻ, khá thân thiện với môi trường, nên phù hợp cho các nước đang phát triển.
Với việc chủ động bổ sung và tạo môi trường thuận lợi để vi sinh vật có ích cho cây trồng nên các nhà khoa học đã nghiên cứu phát triển từ phân bón hữu cơ thành phân bón hữu cơ vi sinh. Công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dần được hoàn thiện về công nghệ, dây chuyền thiết bị sản xuất. Do đơn giản về dây chuyền thiết bị, giá thành sản phẩm là phân bón hữu cơ vi sinh rẻ, thời gian bảo quản ngắn, yêu cầu môi trường bảo quản mang tính địa phương, nên hầu hết công nghệ, dây chuyền thiết bị đều do các nước tự nghiên cứu, sản xuất. Vì vậy lợi nhuận chuyển giao công nghệ, và sản xuất dây chuyền thiết bị thấp, cạnh tranh với sản phẩm và dây chuyền thiết bị sản xuất phân bón công nghiệp (như các loại phân hóa học, vô cơ,…) nên không được các nhà sản xuất, thương mại quan tâm.
Ở Việt Nam, phân vi sinh vật cố định đạm cây họ đậu và phân vi sinh vật phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960 và đến năm 1987 phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện và đến năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị trong cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật. Các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm và một số vi sinh vật phân giải lân. Phân hữu cơ vi sinh trong nước được sản xuất dựa trên 3 nguồn nguyên liệu cơ bản là : rác thải, chất thải trong chăn nuôi, than bùn. c 6 Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác thải Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ nguồn rác thải trình bày như hình 1.
Xúc tác sinh học Rác tươi Ủ hoai Than bùn Phân loại kích thước bằng sàng rung Phế thải nằm trên sàng 20 mm Phân lọt qua sàng 20 mm Loại nặng Phân loại theo trọng lượng Loại nhẹ (Mùn hữu cơ) Hình 1.1: Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ vi sinh. (Theo [10], [19], [23], [24]) Chủng vi sinh Mùn hữu cơ (Azobacter và PSM) Bổ sung N, P, K, vi lượng Nuôi cấy phối trộn Phân hữu cơ Vo viên dạng viên Hình 1.2: Sơ đồ xử lý mùn hữu cơ thành phân hũu cơ vi sinh. (Theo [10], [19], [23], [24]) Đặc điểm của dây chuyền chế biến rác thành phân: Xử lý rác theo phương pháp ủ kỵ khí: trong điều kiện khí hậu nóng và ẩm ướt ở Việt Nam thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ được tiến hành nhờ tác đụng của các vi sinh kỵ khí là thích hợp và tối ưu nhất, nhiệt độ trong đống rác có thể lên c 7 tới 50 ÷ 600C. Để thời gian ủ rút ngắn 3 ÷ 4 tuần, nên đưa vào một lượng nhỏ chất hoạt hóa vi sinh vào trong rác hay vi khuẩn chịu nhiệt.
Sau khi rác thành mùn hữu cơ thì quá trình tách lọc và loại bỏ tạp chất được thực hiện qua sàng rung. Công đoạn chế biến mùn hữu cơ thành phân bón: tiếp theo là công đoạn phối trộn các vi sinh vật có khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng, thực vật, cố định Nitơ, phân giải hợp chất chống phốt phát khó tan và tạo viên phân. Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân gia súc, gia cầm Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng trình bày như Hình 1. Phân chuồng Chất dinh Ủ Vi sinh vật phân dưỡng, chất giải chất hữu cơ khử mùi Phơi nắng Nghiền Phối trộn Vi sinh vật Phân hữu cơ vi sinh Sấy khô Vo viên Hình 1.3: Sơ đồ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng.
(Theo [10], [19], [23], [24]) Sản xuất phân hữu cơ từ than bùn Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ than bùn trình bày như Hình 1. Đặc điểm công nghệ : nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ là than bùn và mùn rác thải, trong đó chủ yếu là than bùn, mùn cưa, mùn rác thải, bã thải (như mùn cưa, bã mía, vỏ cà phê,…). tất cả các nguyên liệu này lần lượt được xử lý qua các bước lý hóa, sinh hóa. Trước hết là phương pháp vật lý bao gồm phối tải và nghiền nhỏ.
Tiếp theo là xử lý về môi trường để có độ pH thích hợp. Tác nhân hóa học gồm photphoric, lân nung chảy, đạm , kali, hoặc vôi bột. Cuối cùng là xử lý vi sinh c 8 nguồn nguyên liệu vi sinh bằng vi khuẩn phân hủy xenlulo hoặc phân giải lân ủ với thời gian nhất định. Than bùn, mùn hữu cơ Xử lý nhiệt Men vi sinh 3 loại Xử lý cơ học Nhân giống C1 Xử lý hóa học Đa lượng Nhân giống C2 Ủ vi sinh Dung dịch N, P, K Nghiền, đập Dịch men vi sinh Phối trộn Vi lượng Đóng bao Phân hữu cơ vi sinh dạng bột Tạo viên Sấy hạt Phân loại Đóng bao Hình 1.4: Sơ đồ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ than bùn.
(Theo [10], [20], [23], [24]) Theo Cục Trồng trọt [23], chỉ trong thời gian từ năm 2004 ÷ 2007, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông Thôn đã công nhận 74 sản phẩm phân hữu cơ vi sinh. Trong số sản phẩm này có một số loại phân hữu cơ vi sinh thông dụng là: Phân hữu cơ sinh học Sông Gianh: hàm luợng hữu cơ > 12%; P2O5 > 3%; vi sinh vật cố định nitơ, phân giải xenluloza, vi sinh vật phân giải các hợp chất photpho khó tan; vi sinh vật tổng số 5.106 con/gam; ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng. Phân hữu cơ vi sinh Thiên Sinh (KOMIX); hữu cơ >15%; vi sinh phân giải hợp chất photpho khó tan> 6. Loại này sử dụng nhiều ở các vùng mía Tây Ninh.
Tổng luận các công trình về máy ép viên kiểu khuôn vòng Máy ép viên kiểu khuôn vòng ép có cơ chế ép kiểu trục trên khuôn ép vòng chuyển động quay gồm 4 dạng chính (theo [10], [16]) là : cối vòng – con lăn, 2 cối vòng tiếp xúc ngoài, 2 cối vòng tiếp xúc trong và cối vòng – cam ép. Trong đó máy ép viên kiểu cối vòng – con lăn là loại máy ép viên phổ biến hơn cả, được sử dụng phổ biến trong công nghiệp sản xuất thức ăn gia súc, thức ăn thủy sản. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn có sơ đồ cấu tạo như hình 1.5 và kết cấu của buồng ép, được thể hiện rõ trên hình 1.5: Mô hình máy ép viên kiểu cối vòng con lăn. Động cơ chính; 3.
Đai ốc cố định trục; 5. Giá đỡ động cơ điện; 6.Bộ truyền động đai; 8. Động cơ điều tốc; 12. Hộp giảm tốc; 13.
Cửa nạp liệu; 16. Máng xuống liệu; 25. Buồng tạo viên; 26. Cửa phòng quá tải; 28.
Cơ cấu điều chỉnh cửa quá tải; 29. Cửa ra sản phẩm; 30. Bộ truyền động đai.6: Kết cấu của buồng tạo viên. Dao gạt liệu vào; 3.
Đai ốc khóa; 5. Bích chỉnh con lăn;6, 7, 8, 9, 16, 17, 18, 19. Bulông kẹp chặt; 10, 20. Bulông cố định dao gạt; 14.
Dao cắt viên; 15. Đây là loại máy ép viên hình trụ theo dạng lỗ khuôn từ hỗn hợp dạng bột ứng dụng trong các công nghệ sản xuất thức ăn gia súc, thức ăn chìm cho một số thủy sản, viên thực phẩm chức năng như viên cốm can xi cho người,. Trong vài năm gần đây nguyên lý này dùng tạo viên chất đốt từ các nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật như trấu, mùn cưa,. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn (pellet mill) được nghiên cứu hoàn chỉnh cả về lý thuyết tính toán, thiết kế, chế tạo và là sản phẩm thương mại hóa từ lâu ở các nước phương tây với những tên tuổi lớn như các công ty: Bliss (Mĩ), La Meccanica (ý), Buchumer (Đức), VanAarsen (Hà Lan)… Dựa vào các thiết kế của các nước Châu Âu, một số nước ở Châu Á như: Trung Quốc ( Chính Xương, Mynhang…), Thái Lan (CPM), Việt Nam,…đã thiết kế, chế tạo chép mẫu.
Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn được sử dụng cho rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp khác nhau từ chế biến thức ăn cho người và gia súc đến ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ khô, mùn cưa…) hay rác thải… ở mỗi một đối tượng khác nhau lại đòi hỏi các thiết bị ép viên phù hợp.7 giới thiệu máy ép viên của hãng Bliss (Mĩ) và hình 1.8 giới thiệu máy ép viên của hãng Myang ( Trung Quốc).7: Máy ép viên kiểu khuôn Hình 1.8: Máy ép viên kiểu khuôn vòng – vòng – con lăn của hãng Bliss (Mĩ). con lăn của hãng Myang ( Trung Quốc). (Theo [10], [11], [12], [16]) (Theo [10], [11], [12], [16]) Tất cả các máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn đều giống nhau về cấu tạo, nguyên lý làm việc. Sự khác biệt chủ yếu là về chất lượng chế tạo, độ tin cậy, hệ thống đảm bảo an toàn và trình độ tự động hóa.
Nguyên tắc làm việc của máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn như sau: Dưới tác động của lực ly tâm và trọng lực lên hỗn hợp làm hỗn hợp ép chuyển động quay cùng với bề mặt khuôn. Khi đi qua khe hở hình nêm cong giữa con lăn và bề mặt khuôn trong khối hỗn hợp sẽ hình thành lên buồng ép do thay đổi tiết diện của khối hỗn hợp chuyển động vào khe hở này và tác động của lực ma sát giữa bề mặt khuôn và bề mặt con lăn lên khối hỗn hợp. Lực ép sinh ra trong buồng ép sẽ tạo ra sự phun trào qua các lỗ của khuôn để tạo viên. Khả năng phun trào tùy thuộc áp lực sinh ra lớn hay bé để thắng lực ma sát giữa khối thức ăn nằm trong lỗ khuôn với bề mặt lỗ khuôn.
Kích thước viên bị quyết định bởi đường kính lỗ khuôn.