Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu để áp dụng trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học tại đà nẵng (tt)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ CHÂU HUY NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT HỮU HIỆU ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT HỮU CƠ LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ SINH... Sử dụng chế phẩ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HÀ CHÂU HUY

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT HỮU HIỆU ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT HỮU CƠ LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ SINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG QUANG HẢI

Phản biện 1: TS Huỳnh Ngọc Thạch

Phản biện 2: TS Lê Hoàng Sơn

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật môi trường tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 15 tháng 07 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

 Thư viện Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Sử dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu để áp dụng vào sản xuất phân bón phục vụ nông nghiệp tạo ra những lợi ích rất lớn cho người

sử dụng vì chế phẩm vi sinh vật không gây ảnh hưởng sức khoẻ con người và cây trồng, không gây ô nhiễm môi trường và tác hại đến kết cấu đất, không làm thoái hoá mà còn góp phần tăng độ phì nhiêu cho đất, còn có khả năng diệt côn trùng gây hại, tăng đề kháng cây trồng, giảm thiểu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Có khả năng đồng hoá các chất dinh dưỡng góp phần tăng chất lượng sản phẩm

Do tính chất và mức độ quan trọng như vậy nên việc thực hiện đề

tài “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu để ứng

dụng trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ làm phân bón hữu

cơ sinh học tại Đà Nẵng” là cần thiết Hướng nghiên cứu của đề tài

sẽ mở ra giải pháp áp dụng tiến bộ kỹ thuật, công nghệ mới trong kiểm soát ô nhiễm môi trường theo hướng quản lý và tái sử dụng toàn diện chất thải hữu cơ góp phần xây dựng và phát triển ngành nông nghiệp bền vững và thân thiện môi trường

Ngoài ra việc tạo chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu có nguồn gốc phân lập từ Đà Nẵng để áp dụng xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học tại Đà Nẵng sẽ mở ra một giải pháp xử lý chất thải mới, thân thiện và hữu ích đối với môi trường, góp phần cho công cuộc phát triển bền vững nông nghiệp trên địa bàn thành phố

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.Mục tiêu tổng quát

Tạo được chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu bản địa có khả năng chuyển hoá các hợp chất hữu cơ trong chất thải và bước đầu ứng dụng trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, góp phần giảm thiểu và giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do các loại chất thải hữu cơ gây

ra trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

2.2.Mục tiêu cụ thể

Tạo được chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu có hoạt tính phân giải cellulose, tinh bột và protein cao trong chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ Thử nghiệm bước đầu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu

để xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng làm phân bón hữu cơ sinh học

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1.Ý nghĩa khoa học

Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở khoa học để đánh giá hiệu quả của việc ứng dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu trong xử lý chất thải rắn

sinh hoạt hữu cơ thành phân bón hữu cơ sinh học để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, góp phần nâng cao giá trị của chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ, thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển bền vững, nâng cao thu nhập cho người nông dân tại thành phố Đà Nẵng nói riêng và cả nước nói chung

3.2.Ý nghĩa thực tiễn

Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm thiểu được phần nào diện tích chôn lấp đang dần cạn kiệt trên địa bàn thành phố do chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ gây ra

Giảm chi phí về phân bón, thuốc trừ sâu cho người nông dân tại

Đà Nẵng, tạo nguồn lợi thông qua việc sản xuất phân bón từ chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ

Cung cấp, bổ sung tài liệu tham khảo trong lĩnh vực xử lý chất thải bằng chế phẩm vi sinh vật

4 Cấu trúc của luận văn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về chất thải rắn sinh hoạt

1.1.1 Nguồn gốc

1.1.2 Thành phần

1.1.3 Khối lượng phát sinh

1.2 Tổng quan về chế phẩm vi sinh vật

1.2.1 Khái niệm chế phẩm vi sinh vật

Chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu (Effective microorganisms) là tập hợp các loài vi sinh vật có ích Vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, xạ khuẩn, nấm mốc Sống cộng sinh trong cùng môi trường

Có thể áp dụng chúng như là một chất cấy Chế phẩm vi sinh vật hoạt động dựa trên cơ chế tạo hệ sinh thái giúp cho vi sinh vật hoạt động tốt Nhằm tăng cường tính đa dạng vi sinh vật, bổ sung các vi sinh vật

có ích vào môi trường tự nhiên Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do các vi sinh vật có hại gây ra

1.2.2 Ứng dụng của chế phẩm vi sinh vật

1.2.2.1 Ứng dụng trong chăn nuôi

1.2.2.2 Ứng dụng trong trồng trọt

1.2.2.3 Ứng dụng trong xử lý nước thải

1.2.2.4 Ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ sản

1.2.2.5 Ứng dụng trong sản xuất phân bón

1.2.3 Một số chế phẩm vi sinh vật nổi bật trên thị trường hiện nay

1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong

xử lý chất thải hữu cơ trên thế giới và Việt Nam

1.4.1 Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ

trên thế giới

Theo nghiên cứu của Babett et al (2021) về việc áp dụng vi khuẩn

Cellulomonas flavigena và Streptomyces viridosporus trong việc xử lý

phế phẩm hoa oải hương (hoa lavander) thì việc sử dụng chế phẩm và vật liệu ủ đã kéo dài được giai đoạn ưa nhiệt, đẩy nhanh sự phân huỷ các chất hữu cơ và nâng cao số lượng vi sinh vật hữu ích còn sống, Sản phẩm ủ không có sự xuất hiện của vi khuẩn thương hàn

đổi lớn giữa mẫu đối chứng và mẫu có chế phẩm, khác biệt lớn nhất

là mẫu có chế phẩm kiểm soát được tốt mùi hôi trong quá trình ủ

1.4.2 Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ

tại Việt Nam

Tác giả Vũ Thuý Nga và các cộng sự (2011) đã tuyển chọn được

05 chủng giống vi sinh vật bản địa gồm Streptomyces griseosporeus,

Streptomyces rochei, Bacillus subtillis, Lactobacillus farraginis, Saccharomyces cerevisiae từ phế thải chăn nuôi tại Quỳ Hợp, Nghệ

An từ đó tạo ra chế phẩm vi sinh xử lý phế thải chăn nuôi thành phân bón hữu cơ sinh học và xây dựng được 05 mô hình ủ phân trên cây lúa, ngô, lạc, đậu tương và rau tại Quỳ Hợp

Nguyễn Thị Hằng Nga và cộng sự (2016) đã nghiên cứu sản xuất thành công chế phẩm vi sinh vật từ phế thải trong quá trình chế biến tinh bột để làm phân hữu cơ sinh học, chế phẩm sử dụng than bùn là chất mang và đạt yêu cầu chất lượng theo TCVN 6168-2002 với mật

độ tế bào  108 CFU/g và đảm bảo chất lượng sau 3 tháng bảo quản

Từ mẫu nước thải tại nhà máy giấy, Vũ Thị Dinh cùng cộng sự (2017) đã phân lập được 11 chủng vi sinh có khả năng phân giải

cellulose, và trong đó lựa ra được chủng tối ưu nhất là Bacillus subtillis

và bắt đầu áp dụng để xử lý nước thải nhà máy giấy Với quy mô phòng

thí nghiệm thì hiệu quả thu được từ việc áp dụng chủng Bacillus

subtillis là khá cao với hiệu suất COD đạt 84,3% sau 09 ngày xử lý

Lê Thị Loan và Cao Ngọc Điệp (2019) đã phân lập được chủng vi

khuẩn Bacillus subtillis từ một cơ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho ở Tiền

Giang và ứng dụng vào xử lý nước thải tại đó Ứng dụng vi khuẩn này trong xử lý nước thải cơ sở sản xuất bún đã làm giảm các chỉ số BOD5, TSS, chỉ số N tổng, P tổng và hàm lượng ammonium lần lượt là

17,76%, 11,26%, 21,87%, 21,67% và 36,61% so với chỉ số ban đầu Chỉ tiêu tổng chất rắn lơ lửng và hàm lượng amoni đạt tiêu chuẩn A của QCVN:40-2011/BTNMT

Tại Khánh Hoà, tác giả Lê Đặng Công Toại (2020) đã giới thiệu một quy trình kỹ thuật ủ phân hữu cơ mới với nguyên liệu là phụ phẩm thu hoạch trong nông nghiệp kết hợp chế phẩm sinh học Fito- Biomix

RR Các kết quả đạt được có độ chính xác cao, hiệu quả, dễ thực hiện

và có khả năng nhân rộng lớn

Tác giả Đặng Quang Hải (2020) đã phân lập và tuyển chọn từ nước thải nhà máy sản xuất cồn được 03 chủng vi khuẩn có hoạt tính amylase, cellulose và protease cao Thực nghiệm quá trình tạo bùn hoạt tính từ các chủng đã tuyển chọn với thời gian nhân giống trong bình tam giác 250ml khoảng 36 giờ, nhân giống trong bể lớn hơn để tạo đủ lượng bùn hoạt tính đưa vào xử lý khoảng 48 giờ cho mỗi cấp nhân giống Kết quả đã cho thấy nước thải sản xuất cồn có hàm lượng hữu cơ cao (COD 2840 – 4123 mg/l) bằng phương pháp hiếu khí với hàm lượng bùn hoạt tính bổ sung 30% đã cho hiệu suất xử lý khá cao 84,46% trong khi đó thì trường hợp không bổ sung bùn hoạt tính chỉ đạt 63,72%

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose, tinh bột và protein

Các chủng vi sinh vật được sử dụng để sản xuất chế phẩm là những chủng đã được tuyển chọn và thu nhận tại Trung tâm Công Nghệ Sinh học Đà Nẵng (từ đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở của TS Đặng Quang Hải):

 CT1: Bacillus velezenis

 CT10: Bacillus amyloloquefaciens

 R35: Bacillus subtilis

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

2.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu chính của luận văn bao gồm:

Nội dung 1: Đánh giá tình hình ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong

xử lý chất thải hữu cơ trên thế giới và tại Việt Nam

 Tổng quan về chất thải rắn sinh hoạt

 Tổng quan về chế phẩm vi sinh vật

 Nhu cầu sử dụng phân bón của ngành nông nghiệp tại Việt Nam

 Tình hình nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử

lý chất thải hữu cơ trên thế giới và Việt Nam

Nội dung 2: Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu có

hoạt tính phân giải cellulose, tinh bột và protein

 Đánh giá đặc tính của các chủng vi sinh vật sử dụng để sản xuất chế phẩm

 Lựa chọn chất mang (cám gạo, than bùn, trấu xay)

 Nghiên cứu xác định tỉ lệ phối trộn giữa các chủng vi sinh vật

và giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang

 Xác định chất lượng và thời gian bảo quản chế phẩm vi sinh vật:

 Xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm

Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu để

xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học

 Tiến hành ủ phân và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân và chất lượng sản phẩm phân ủ

 Xây dựng quy trình ủ phân

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu liên quan

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

Việc lấy mẫu được thực hiện dựa vào TVCN 9486:2018

2.3.3 Phương pháp tạo chế phẩm vi sinh vật

2.3.3.1 Môi trường và chuẩn bị môi trường

 pH : 7,2 ± 0,2

Đối với môi trường lỏng (cao thịt – pepton) thì không dùng thạch

 Chuẩn bị môi trường và dụng cụ

 Khử trùng môi trường và làm thạch nghiêng, thạch đĩa:

2.3.3.2 Xác định điều kiện sinh trưởng tối ưu của các chủng vi sinh

vật

 Ảnh hưởng bởi nhiệt độ

Thí nghiệm được thực hiện trong môi trường dịch thể NA, nuôi ở các mức nhiệt độ 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C trong thời gian 2 ngày Xác định hoạt tính enzyme của các chủng vi sinh vật bằng phương pháp khuếch tán phóng xạ trên môi trường thạch đĩa

 Ảnh hưởng bởi pH

Thí nghiệm được thực hiện trong môi trường dịch thể NA ở nhiệt

độ bình thường 30°C Điều chỉnh pH đạt đến giá trị 5, 6, 7, 8 bằng dung dịch NaOH 10% hoặc HCl 10% và nuôi trong thời gian 2 ngày Xác định hoạt tính enzyme của các chủng vi sinh vật bằng phương pháp khuếch tán phóng xạ trên môi trường thạch đĩa

 Khảo sát động thái sinh trưởng của các chủng vi sinh vật

Để khảo sát động thái sinh trưởng của các loài vi sinh vật đã tuyển chọn, sử dụng môi trường cao thịt – pepton Vi khuẩn được nuôi trong môi trường dịch thể Mỗi chủng tiến hành khảo sát trong điều kiện hiếu khí (nuôi trên máy lắc với tốc độ 150 vòng/phút) Sau mỗi 24 giờ lấy mẫu xác định mật độ tế bào vi sinh vật

2.3.3.3 Xác định hoạt tính enzyme của các chủng vi khuẩn bằng

phương pháp khuếch tán phóng xạ trên môi trường thạch đĩa 2.3.3.4 Cấy chuyển giống từ ống nghiệm này sang ống nghiệm khác 2.3.3.5 Môi trường lên men sinh khối

2.3.3.6 Lựa chọn chất mang phù hợp

Chất mang sử dụng (cám gạo, than bùn, trấu xay) được nghiền nhỏ, sấy ở nhiệt độ 130°C để đạt độ ẩm 5%, sau đó phối trộn với sinh khối các chủng vi sinh vật nghiên cứu theo tỉ lệ 1:1, 1:2 và 1:3, sấy ở 40°C cho đến khi đạt độ ẩm theo quy định, bao gói trong túi polyethylen dán kín, bảo quản trong nhiệt độ thường Kiểm tra mật độ

tế bào vi sinh vật ở 0 giờ và sau 30 ngày bảo quản Chất mang được lựa chọn với tiêu chí mật độ vi sinh vật cao ( 108 CFU/g), giá trình thấp và tiêu chí bảo quản

2.3.3.7 Nghiên cứu xác định tỉ lệ phối trộn giữa các chủng VSV

Sinh khối các chủng vi sinh vật được phối trộn theo các tỉ lệ 1:1:1, 1:1:2, 1:2:1 và 2:1:1, tạo hỗn hợp sinh khối và tiếp tục phối trộn với chất mang theo tỉ lệ 1:1, 1:2 và 1:3 sấy ở 40°C cho đến khi đạt độ ẩm theo 8 – 9%, bao gói trong túi polyethylen dán kín, bảo quản trong nhiệt độ thường Xác định mật độ vi sinh vật trong chất mang ở 0 giờ

và sau 30 ngày

2.3.3.8 Nghiên cứu xác định tỉ lệ phối trộn giữa hỗn hợp vi sinh vật

với chất mang

Phối trộn sinh khối hỗn hợp các vi sinh vật với chất mang theo các

tỉ lệ 1:1, 1:2 và 1:3, sấy ở 40°C cho đến khi đạt độ ẩm 8 – 9 % Tỉ lệ phối trộn phù hợp khi mật độ tế bào vi sinh vật là cao nhất  108 CFU/g trong các thời điểm kiểm tra sau 0 giờ và 30 ngày

2.3.3.9 Xác định chất lượng và thời gian bảo quản chế phẩm vi sinh

vật

Chế phẩm VSV sau khi được sản xuất với các điều kiện tối ưu đã lựa chọn Sản phẩm hoàn thiện được đóng gói trong túi polyethylene,

bảo quản ở nhiệt độ thường Kiểm tra mật độ tế bào vi sinh vật trong chế phẩm theo thời gian bảo quản 0, 1, 2 tháng

2.3.4 Phương pháp xác định mật độ tế bào vi sinh vật trong chế

phẩm

2.3.5 Phương pháp nghiên cứu xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu

cơ thành phân bón hữu cơ sinh học

Thí nghiệm xử lý chất thải rắn hữu cơ có sử dụng chế phẩm VSV theo phương pháp ủ bán hiếu khí có đảo trộn với 03 công thức thí nghiệm và 01 mẫu đối chứng Các công thức ủ bổ sung chế phẩm VSV với tỉ lệ 2%, 5% và 10%.Bổ sung vôi bột (2%), phân lân (3%) và các nguyên liệu khác để làm ổn định độ ẩm ban đầu của quá trình ủ Công thức thí nghiệm:

Bảng 2.1: Các công thức thí nghiệm ủ phân

Công thức Khối lượng chất

thải

Tỉ lệ bổ sung chế phẩm (%)

Phân lân (g)

Vôi bột (g)

2.3.6 Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu chất lượng phân bón

Chỉ số OC, N, P2O5, độ ẩm, nhiệt độ, pH, chiều cao và độ chín Kết quả phân tích được so sánh với QCVN 01 - 189:2019/BNNPTNT để đánh giá chất lượng phân bón

2.3.7 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu có hoạt tính phân giải cellulose, tinh bột và protein

3.1.1 Đánh giá đặc tính của các chủng vi sinh vật sử dụng để sản

3.1.1.5 Xác định điều kiện sinh trưởng tối ưu cho chủng vi sinh vật

 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Dựa vào kết quả bảng 3.1, thấy được trong khoảng nhiệt độ 20 – 60C thì cả 03 chủng VSV đều hoạt động tốt.Và ở mức nhiệt 30 – 40C thì cả 03 chủng hoạt động tốt nhất

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ

Hoạt tính

enzyme

(D-d, mm)

Chủng vi khuẩn

 Ảnh hưởng của pH môi trường:

Cả 03 chủng VSV đều hoạt động tốt trong dải pH 5 – 8 Dải pH tốt nhất để 03 chủng VSV thích ứng, phát triển và hoạt động tốt nhất

 Động thái sinh trưởng:

Hình 3.1: Đồ thị động thái sinh trưởng của các chủng vi sinh vật

Xác nhận được thời gian sinh trưởng tối ưu cho 03 chủng CT1, CT10 và R35 là 48h

0200400