Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường

SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG NƯỚC Thông thường để đánh giá chất lượng nước hoặc xác định nước có bị ô nhiễm hay không người ta thường phải lấy mẫu nước và phân tích trong phòng thí nghiệm

PHỤ LỤC Trang

PHỤ LỤC

Trang 1

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 5

SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG 5

1.1 KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG 5 1.2 SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG NƯỚC 6

1.2.1 Sinh vật chỉ thị phú dưỡng 6

1.2.2 Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng 11

1.3 SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 13

1.3.1 Thực vật chỉ thị môi trường không khí 13

1.3.2 Động vật và người chỉ thị môi trường không khí 16

1.4 SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 18

1.4.1 Vi sinh vật chỉ thị môi trường đất 18

1.4.2 Thực vật chỉ thị môi trường đất 19

1.4.3 Động vật chỉ thị môi trường đất 25

CHƯƠNG 2 27

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 27

2.1 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI HỮU CƠ 27

2.1.1 Phương pháp xử lý phế thải hữu cơ 27

2.1.2 Các chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ 29

2.1.3 Một số ví dụ ứng dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải hữu cơ 32

2.2 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 42

2.2.1 Khái niệm về xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 42

2.2.2 Điều kiện để xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 43

2.2.3 Khu hệ vi sinh vật trong nước thải 43

2.2.4 Thành phần và cấu trúc các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải

44

2.2.5 Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên 45

2.2.6 Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo 46

2.3 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM 59

2.3.1 Vi sinh vật trong đất 59

2.3.2 Sử dụng công nghệ vi sinh vật trong cải tạo đất 59

CHƯƠNG 3 62

ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 62

3.1 ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI 62

3.1.1 Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải 62

3.1.2 Một số ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải 62

3.2 ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 63

3.2.1 Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải 63

3.2.2 Một số ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải 63

3.3 THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM 72

3.3.1 Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm 72

3.3.2 Ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm 74

3.4 THỰC VẬT TRONG HẤP PHỤ BỤI, KHÍ ĐỘC 79

3.4.1 Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc 79

3.4.2 Một số ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc 79

3.5 VAI TRÒ CỦA THỰC VẬT TRONG VIỆC GIẢM Ô NHIỄM TIẾNG ỒN 81

CHƯƠNG 4 83

ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 83

4.1 ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI 83

4.1.1 Nguyên lý của ứng dụng động vật trong xử lý rác thải 83

4.1.2 Một số ứng dụng động vật trong xử lý rác thải 83

4.2 ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC BỊ Ô NHIỄM 85

4.3 ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG CẢI TẠO ĐẤT 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 87

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường được biên soạn để giảng

dạy học phần Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường trên cơ sở kế hoạch đào tạo

hệ đại học theo tín chỉ ngành Khoa học môi trường, Địa chính Môi trường và một số ngành có chuyên môn gần của Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên Bài giảng này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về ứng dụng sinh vật trong chẩn đoán môi trường và biện pháp sinh học xử lý môi trường bị ô nhiễm

Trong khi biên soạn, tác giả đã bám sát phương châm giáo dục của Nhà nước Việt Nam và gắn liền lý luận với thực tiễn Đồng thời với việc kế thừa các kiến thức khoa học hiện đại trên thế giới, tác giả đã mạnh dạn đưa các kết quả nghiên cứu mới nhất của Việt Nam vào trong tài liệu, đặc biệt là các kết quả nghiên cứu ở vùng núi phía Bắc Việt Nam

Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường bao gồm 4 chương:

Chương 1: Sinh vật chỉ thị môi trường

Chương 2: Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường

Chương 3: Ứng dụng thực vật trong xử lý môi trường

Chương 4: Ứng dụng động vật trong xử lý môi trường

Tác giả cảm ơn sự đóng góp ý kiến cho việc biên soạn cuốn bài giảng này của các thầy cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Đây là cuốn bài giảng được biên soạn công phu, nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp và các độc giả

Xin chân thành cảm ơn

Tác giả

MỞ ĐẦU

KHÁI NIỆM MÔN HỌC

Ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên vấn đề của toàn cầu Ở nước ta, trước đây ô nhiễm môi chủ yếu xảy ra ở một số khu vực như đô thị đông dân cư, một vài nơi khai thác khoáng sản Nhưng hiện nay ô nhiễm xảy ra phổ biến ở mọi nơi và trên mọi môi trường đất, nước, không khí

Để xử lý ô nhiễm môi trường người ta có rất nhiều biện pháp: Từ biện pháp lý học, hóa học, cơ học đến sinh học Tùy theo từng điều kiện cụ thể mà áp dụng phương pháp nào cho hiệu quả Các biện pháp hóa học, lý học hoặc cơ học về cơ bản xử lý triệt để nhưng thường có chi phí đầu tư lớn

Đã từ lâu người ta quan tâm đến biện pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường Cơ sở khoa học của biện pháp sinh học là mọi sinh vật sống trên Trái đất đều chịu ảnh hưởng của môi trường sống và chúng có khả năng thích nghi với điều kiện sống đó khi tồn tại lâu ở đó Mặt khác, sinh vật với môi trường tồn tại như một hệ sinh thái và vì vậy chúng có quan hệ tương tác lẫn nhau

Nội dung chính của môn học Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường bao gồm các phần sau:

- Sinh vật chỉ thị môi trường

- Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường

- Ứng dụng thực vật trong xử lý môi trường

- Ứng dụng động vật trong xử lý môi trường

MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA MÔN HỌC

Mục đích: Nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về ứng dụng sinh vật trong chẩn đoán và xử lý ô nhiễm môi trường, từ đó lựa chọn biện pháp tối ưu

áp dụng cho từng trường hợp cụ thể trong thực tiễn

Yêu cầu: Cần nắm được: Sinh vật chỉ thị môi trường là gì, ứng dụng chúng trong chẩn đoán môi trường như thế nào Nắm được biện pháp ứng dụng vi sinh vật, thực vật, động vật trong xử lý môi trường

CHƯƠNG 1

SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG

1.1 KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG

Sinh vật chỉ thị môi trường hay chỉ thị sinh học môi trường là căn cứ vào sinh vật sống để đánh giá môi trường mà nó đang sống.

Tất cả sinh vật sống trên trái đất, kể cả con người đều chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện vật lý và hóa học trong môi trường sống xung quanh Mặc dù sinh vật đều có biên độ thích ứng với môi trường sống, nhưng ít nhiều đều bị ảnh hưởng khi môi trường sống thay đổi Có thể nói, sinh vật là tấm gương phản ánh điều kiện môi trường

mà nó đang sống Đây chính là cơ sở khoa học cho việc lấy sinh vật làm chỉ thị phản ánh môi trường

Trên cơ sở những hiểu biết về tác động của các yếu tố vật lý, hóa học lên những cơ thể sống mà người ta có thể xác định được sự có mặt và cả các mức của nhiều chất có trong môi trường Như vậy, thông qua sinh vật chỉ thị chúng ta có thể nhận biết được thực trạng môi trường mà nó đang sống Sự tác động của môi trường lên cơ thể sinh vật sống có thể quan sát thấy bằng mắt hoặc qua một số biểu hiện sau:

- Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần xã sinh vật

- Những thay đổi về đa dạng loài trong quần xã

- Tỷ lệ chết trong quần thể gia tăng, đặc biệt ở giai đoạn non, mẫn cảm như trứng, ấu trùng, cây con…

- Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể

- Những khiếm khuyết về hình thái và tế bào trong các cá thể

- Sự tích lũy dần các chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trong các mô của những cá thể

Sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường đã và đang là hướng đi không chỉ giảm chi phí mà còn thân thiện với môi trường Vì vậy, trên thế giới việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật để đánh giá, kiểm soát và cải thiện môi trường đang được quan tâm của rất nhiều quốc gia

Thành phần loài của một quần xã sinh vật ở một vùng được xác định bởi các yếu tố môi trường mà các yếu tố này chính là điều kiện để quàn thể sinh vật đó tồn tại

và phát triển Nếu trong quá trình tồn tại và phát triển, các yếu tố môi trường trở nên gây hại cho một sinh vật nào đó thì sinh vật này sẽ bị loại trừ ra khỏi quần thể, kể cả khi các điều kiện gây hại này chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn Chính điều kiện này

đã làm cho các sinh vật trở thành vật chỉ thị cho các yếu tố môi trường

Khái niệm chung và cơ bản của sinh vật chỉ thị được thừa nhận là: “Những đối

tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng ôxy cũng như khả năng chống chịu (tolerance) một hàm lượng nhất

định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và do đó sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó”.

Các sinh vật chỉ thị môi trường khác nhau có thể xếp thành nhóm theo những tiêu chí sau:

- Tính mẫn cảm (Sensitivity): Các loài mẫn cảm đặc trưng cho những điều kiện môi trường không thích hợp – là các công cụ để giải đoán môi trường

- Như một công cụ thăm dò (Detector): Những loài xuất hiện tự nhiên trong môi trường có thể dùng để đo đạc sự phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổi của môi trường (thay đổi tuổi, nhóm loài, giảm kích thước quần thể, tập quán sống…)

- Như một công cụ khai thác (Exploiter): Các loài có thể chỉ thị cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi trường Ví dụ: Tập quán của các loài thủy sinh vật, sự hiện diện của các loài giun và các loài giun đỏ chỉ thị sự ô nhiễm của môi trường

- Như một công cụ tích lũy sinh học (Accumulator): Các loài sinh vật có thể tích lũy hóa chất gây ô nhiễm trong cơ thể của chúng

- Các sinh vật thử nghiệm (Bioassay): Các sinh vật chọn lọc đôi khi có thể sử dụng như là các chất trong phòng thí nghiệm để xác định sự hiện diện hoặc nồng độ các chất ô nhiễm

1.2 SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Thông thường để đánh giá chất lượng nước hoặc xác định nước có bị ô nhiễm hay không người ta thường phải lấy mẫu nước và phân tích trong phòng thí nghiệm Đây là phương pháp đánh giá chính xác, hay còn gọi là phương pháp định lượng Tuy nhiên, không phải lúc nào người ta cũng có thể phân tích mẫu nước vì rất tốn kém

Vì vậy, để đánh giá chất lượng nước hoặc xác định nước có bị ô nhiễm hay không người ta còn dùng phương pháp định tính thông qua quan sát hiện trường nước

và sinh vật

Ô nhiễm môi trường nước được đánh giá bởi khá nhiều chỉ tiêu và cũng có nhiều phương pháp để đánh giá các chỉ tiêu ấy Tuy nhiên, có hai hiện tượng ô nhiễm phổ biến là hiện tượng phú dưỡng và tích lũy kim loại nặng trong nước là đáng quan tâm hơn cả

là cá, nước có màu xanh đen hoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H2S v.v

Nguyên nhân của hiện tượng phú dưỡng là sự tích lũy chất dinh dưỡng mà chủ yếu là N và P Sự tích lũy này thông qua nước thải, nước chảy tập trung từ khu vực

dân cư, đô thị và cuối cùng là do tích lũy thông qua hoạt động sống của động thực vật trong nước đã bị ô nhiễm.

Những thực vật phát triển trong điều kiện phú dưỡng khi chết sẽ tạo nên khối lượng lớn các hợp chất hữu cơ Những hợp chất hữu cơ này trong quá trình ôxy hóa sẽ tiêu thụ nhiều ôxy hòa tan trong nước (nhờ quá trình khuếch tán bề mặt từ khí quyển) Điều này dẫn đến sự thiếu hụt ôxy nghiêm trọng và quá trình phân giải chất hữu cơ xảy ra theo hướng kỵ khí, làm biến đổi hình thái một số hợp chất hữu cơ trong nước như tăng nồng độ các chất khử (H2S, NH3, CH4…), chuyển hóa các ion kim loại (Fe,

Pb, Zn, Cr, Ni…) tích tụ cặn lắng ở dạng khó hòa tan do liên kết với các gốc anion (PO43-, NO3-…) làm tăng tính độc của nguồn nước Sự tích tụ xác động thực vật thủy sinh do thiếu ôxy làm tăng chiều dày bùn đáy, thủy vực bị lấp đầy dần trở nên lầy hóa

Vì thế cân bằng sinh học bị phá vỡ với sự biến mất của nhiều loài động thực vật và một số loài mới xuất hiện là những chỉ thị sinh học cho quá trình phú dưỡng

Trong nhiều trường hợp, phú dưỡng làm tăng sinh khối, cung cấp thức ăn cho

cá, các sinh vật thủy sinh khác và nếu được xử lý tốt thì còn là nguồn nước tốt cho sản xuất nông nông nghiệp

Tuy nhiên, phú dưỡng về cơ bản là tác động tiêu cực:

- Tác động trực tiếp đến con người do môi trường không khí bị ô nhiễm, gây nhiễm độc tảo ở người, làm rối loạn tiêu hóa và hô hấp

- Gián tiếp gây nên nạn thủy triều đỏ, dẫn đến nhiễm độc cá da trơn, tăng phát triển sán lá

- Gây tắc nghẽn các bộ lọc trong các nhà máy, xí nghiệp, gây mùi khó chịu, ảnh hưởng đến nước uống và nước sinh hoạt

- Tác động đến độc vật bậc cao như gây ngộ độc động vật do nở hoa của tảo, các độc tố gây bệnh cho chim nước

- Tác động đến giá trị nghỉ dưỡng của các thủy vực như mất thẩm mỹ do mùi khó chịu, do tảo phát triển và khi chết bị phân hủy tạo các độc tố như H2S, CH4…

Sinh vật chỉ thị phú dưỡng:

• Vi sinh vật:

Chủ yếu là sự xuất hiện phổ biến của tảo, bao gồm:

- Tảo lam: Phormidium, Anabacna, Oscilatoria, Anacystis, Lyngbia, Spirulina

- Tảo lục: Careia, Spirogyra, Teraedron, Cocum, Chlorella, Stigeoclonium, Chlamydomonas, Chlorogonium, Agmenllum

- Tảo Silic: Nitochia, Gomphonema

- Tảo mắt: Pyro botryp – Phacus, Lepocmena – Eugrema

Các loại tảo có sự phân bố nhiều ít khác nhau trong các môi trường phú dưỡng

và ở độ sâu khác nhau Nhận biết phổ biến là nhìn nước ao, hồ, sông kênh dẫn nước thải chuyển sang màu xanh, xanh đen và hiện tượng “nở hoa” do tảo

Thủy triều đỏ (red tide), hiện tượng nở hoa nước (water bloom) là thuật ngữ chỉ

sự nở hoa của các loài vi tảo Đây là hiện tượng tự nhiên xảy ra do mật độ tế bào vi tảo gia tăng lên đến hàng triệu tế bào/lít (thông thường có khoảng 10 - 100 tế bào vi tảo/ml, nhưng trong trường hợp “nở hoa” mật độ có thể lên trên 10.000 tế bào/ml) làm biến đổi màu của nước biển từ xanh lục đậm, đỏ cho đến vàng xám (người dân ven biển thường gọi là nước cám, nước mùn cưa)

Hiện tượng thủy triều đỏ có liên quan chặt chẽ tới sự phú dưỡng của thủy vực Nguyên nhân của hiện tượng trên có liên quan đến các yếu tố môi trường như: nhiệt

độ, độ mặn và hàm lượng muối dinh dưỡng cũng như các trường khí - thủy văn Ngoài

ra, các chất thải từ hoạt động của con người như nuôi trồng thủy sản thiếu quy hoạch,

sự phát triển của các nhà máy chế biến thủy sản, hóa chất… cũng là một trong các nguyên nhân dẫn đến sự hình thành Thủy triều đỏ Hầu hết các loài vi tảo biển nở hoa thường đưa đến hậu quả làm cho môi trường xấu đi, hàm lượng ôxy hòa tan suy giảm nhanh chóng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh vật

Tảo chết và chìm xuống đáy thủy vực và bị phân hủy bởi các vi sinh vật khác đặc biệt là vi khuẩn Kết quả gây nên hiện tượng thiếu ôxy trong các tầng nước làm chết các loài thủy sản Quá trình này làm thay đổi thành phần hóa học trong nước, gây tăng các khí độc Đến nay, các nhà khoa học đã xác nhận có khoảng trên 300 loài vi tảo đã hình thành sự nở hoa làm thay đổi màu nước Trong đó có khoảng 1/4 loài (70 -

80 loài) gây hiện tượng nở hoa có khả năng sản sinh độc tố đang là mối đe dọa đến khu hệ động vật và thực vật tự nhiên ở nước, nghề nuôi trồng thủy sản và sức khỏe của con người (nguyên nhân do độc tố tảo có thể được tích lũy trong vài loài động vật thân mềm sò, ốc hay cá… và không bị phá hủy trong quá trình đun nấu, không ảnh hưởng đến mùi vị của thực phẩm Do vậy cả ngư dân cũng như người tiêu dùng khó có thể xác định được các thực phẩm biển bị nhiễm độc do tảo gây ra Hiện nay, có 5 loại triệu chứng ngộ độc do tiêu thụ thực phẩm biển nhiễm độc tố tảo xảy ra với con người Trong đó, đặc biệt dạng ngộ độc gây tê liệt cơ (PSP) có thể gây tử vong và dạng ngộ độc Ciguatera rất phổ biến trong vùng nhiệt đới Theo các nhà khoa học, trong vài thập

kỷ qua, hiện tượng Thủy triều đỏ và nở hoa nước đang gia tăng ở cả 2 khía cạnh tần số/cường độ xuất hiện và phân bố địa lý

Vấn đề ô nhiễm tảo độc và độc tố của chúng từ lâu đã trở thành một thách thức lớn đối với công tác quản lý, sử dụng nguồn nước mặt Ngoài việc tạo ra độc tố, tảo độc còn gây nên mùi khó chịu cho nước uống và nước sinh hoạt, ảnh hưởng tới đời sống của dân cư quanh khu thủy vực đó

Việc nở hoa của tảo độc trên biển và những thủy vực nước ngọt kéo theo sự nhiễm độc cho thủy hải sản và từ đó ảnh hưởng tới các ngành công nghiệp nuôi trồng

và đánh bắt thủy hải sản ở nhiều nước, đã đặt ra nhiệm vụ cấp bách cho những nước này phải kiểm tra giám sát và quản lý tảo độc và các độc tố của chúng trong thủy sản

Cần phân biệt cách nhận biết ở nước ao, hồ, sông kênh dẫn nước thải có độ sâu nông khác nhau

Dưới đây là một số hình ảnh về các loại tảo xuất hiện trong môi trường phú dưỡng.

Hình 1.1: Hiện tượng “nở hoa” và “thủy triều đỏ”

Hình 1.2: Tảo lục

Achnanthes Asterionella Attheya

Hình 1.3: Tảo Silic

• Thực vật:

Chỉ thị thực vật đặc trưng của phú dưỡng là rong, rêu và các loại bèo

Khi môi trường nước bị phú dưỡng, ta có thể dễ dàng nhận ra sự xuất hiện ngày càng nhiều của rong, rêu và sự phát triển với tốc độ nhanh của bèo tấm, bèo cái, bèo tây, hoa súng…

Dưới đây là một số hình ảnh về các loại thực vật xuất hiện trong môi trường phú dưỡng

- Động vật đáy không xương sống như nghêu, sò, ốc, hến…

- Giáp xác như tôm, cua, rùa, ba ba…

- Thân mềm, giun, côn trùng…

- Cá: ít

Có thể tham khảo kết quả nghiên cứu của De Pauw D và G Vanhooren về mối quan hệ giữa sinh vật nổi chỉ thị với tình trạng dinh dưỡng trong hồ của Bỉ ở bảng 1.1.

Bảng 1.1: Sinh vật nổi chỉ thị cho tình trạng dinh dưỡng của hồ

Kiệt dưỡng Trung bình Phú dưỡng

Tảo/ml (Algae) 0 – 2.000 2.000 – 15.000 > 15.000Chất diệp lục (mg/m3) (Các giá trị

cực đại trong vùng chiếu sáng)

Sản xuất sơ cấp (g C/m2/ngày) 0 – 0,2 0,2 – 0,75 > 0,75

Khối lượng tế bào (mm3/lit) 0 - 5 5 - 30 > 30

Giáp xác cỡ nhỏ/lit (Microcrustacea) 0 - 1 1 - 25 > 25

(De Pauw D and G Vanhooren, 1983)

1.2.2 Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng

Những kim loại nặng nguy hiểm nhất về phương diện gây ô nhiễm môi trường nước là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, As và Cr Trong số những kim loại này có Cu, Ni, Cr

và Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật thủy sinh nhưng lại rất độc hại khi chúng ở những nồng độ cao

Nước bị ô nhiễm kim loại nặng khá phổ biến và chủ yếu do các nguồn sau:

- Nguồn tự nhiên:

+ Kim loại nặng có trong trong đá, đất và xâm nhập vào thủy vực qua các quá trình tự nhiên như phong hóa, xói mòn…

+ Rửa trôi từ nơi khai khoáng và những vùng đổ rác thải rắn

+ Ô nhiễm không khí: Mưa axit có chứa kim loại nặng cũng như chất rắn lơ lửng hấp phụ kim loại nặng xâm nhập vào các thủy vực

- Nguồn nhân tạo:

+ Nguồn công nghiệp: Các hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các hoạt động liên quan đến khai khoáng và chế biến quặng kim loại Các hợp chất kim loại được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác như chế biến sơn, thuốc nhuộm, công nghiệp thuộc da, chế biến cao su, dệt, giấy, công nghiệp mạ Crom…phân bố gần nguồn nước, hoạt động của các làng nghề chế biến kim loại nặng

+ Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt chứa lượng bổ sung kim loại nặng như các tác nhân bột giặt, đồ mỹ phẩm…

+ Nguồn nông nghiệp: Việc sử dụng các loại phân khoáng, các loại hóa chất bảo vệ thực vật…trong nông nghiệp đã đưa vào đất và nước nhiều kim loại nặng

Khác với phú dưỡng, sự ô nhiễm kim loại nặng trong nước khó phát hiện và nhận biết hơn khi quan sát bằng mắt.

Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng:

• Vi sinh vật:

Vi sinh vật rất mẫn cảm với kim loại nặng, khi môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng thì các loại vi sinh vật sẽ phát triển kém Như vậy, vi sinh vật không điển hình lắm trong chỉ thị sinh học đối với môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng

• Thực vật:

Có khá nhiều loài thực vật chỉ thị môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng Điển hình là các loại bèo (bèo tây, bèo tấm, bèo cái), hoa súng, lau sậy, cỏ nến, cỏ năn…

Khi quan sát thực vật để chẩn đoán môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng

ta cần chú ý rằng các loại cây trên sẽ phân bố là chủ yếu, còn các cây thông thường rất

ít thấy

Một lưu ý nữa là đa số các loại thực vật chỉ thị môi trường nước nhiễm kim loại nặng đồng thời cũng là chỉ thị môi trường nước phú dưỡng Vì vậy cần quan sát các các loại sinh vật khác nữa

• Động vật:

Trong môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng có các loại động vật chỉ thị sau:

- Động vật đáy không xương sống như nghêu, sò, ốc, hến….khá phổ biến Các loại động vật này thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng vì chúng đă được định loại rõ ràng, dễ nhận dạng, có kích thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích

tụ chất ô nhiễm, có thời gian sống dài và có đời sống tĩnh tại

- Cá: Là chỉ thị điển hình cho môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng Tuy nhiên, do cá di chuyển liên tục nên gây khó khăn cho việc xác định mức độ ô nhiễm Trên thế giới, một số công trình nghiên cứu đã lựa chọn được một số loại cá điển hình làm chỉ thị cho môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng vì chúng có khả năng tích tụ cao hàm lượng kim loại nặng trong mô của chúng Điển hình là loài cá rô Tilapia, cá rô đồng

Mặt khác, người ta cũng sử dụng quan trắc cá để đánh giá nước bắt đầu bị ô nhiễm kim loại nặng Đó là hàng loạt các loại cá thông thường sẽ bị chết

Gần đây các nhà khoa học tại Đại học quốc gia Singapore đang phát triển một giống cá biến đổi gen, có thể tự đổi màu trong nước ô nhiễm Khi bắt gặp các hoá chất như estrogen, kim loại nặng và các chất độc, chúng sẽ phát quang màu đỏ hoặc xanh lục

Cá vằn thường có màu đen và màu bạc Nhưng nhờ chuyển gen cho chúng, các nhà nghiên cứu đã tạo được một số con có thể phát ra ánh sáng huỳnh quang màu đỏ hoặc xanh lục Họ hy vọng sẽ sản xuất giống cá này trên quy mô thương mại, nhằm có

được loại “chỉ thị sinh học” rẻ và đơn giản hơn so với các hệ thống phát hiện ô nhiễm hoá học hiện tại.

Hình 1.6: Cá rô Tilapia 1.3 SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

Môi trường không khí bị ô nhiễm đang là vấn đề nóng bỏng hiện nay Ngược lại với ô nhiễm nước và đất, ô nhiễm không khí khó phát hiện hơn, nhưng lại nguy hiểm hơn vì không khí là nguồn dinh dưỡng số một của hết thảy các loại sinh vật sống trên Trái đất

Chính do không khí tác động trực tiếp và cấp tính đến hô hấp của sinh vật nên chỉ thị sinh học cho ô nhiễm không khí là một hướng quan trọng trong chẩn đoán ô nhiễm môi trường

Các chất gây ô nhiễm môi trường không khí là các ôxit quang hóa, SO2, HF,

NH3, B, Cl, HCL,Pb, Hg… và đa số chúng đều không màu và thậm chí là không mùi vị

Nguồn gây ô nhiễm không khí đa số là từ hoạt động của con người:

- Hoạt động của sản xuất công nghiệp, nhất là công nghiệp chế biến

- Hoạt động giao thông, nhất là đường bộ

- Hoạt động sản xuất nông nghiệp do sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật

Để xác định môi trường không khí có bị ô nhiễm hay không và ô nhiễm do cái

gì thì thông thường người ta phải lấy mẫu không khí để phân tích và so sánh kết quả với tiêu chuẩn quy định Tuy nhiên, thông qua chỉ thị sinh học cũng có thể đánh giá định tính đối với môi trường không khí bị ô nhiễm hay không Các chỉ thị sinh học môi trường không khí chủ yếu là thực vật và động vật, còn vi sinh vật rất khó quan sát

và không điển hình

1.3.1 Thực vật chỉ thị môi trường không khí

1.3.1.1 Các dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí gây nên

Ô nhiễm không khí gây tổn thương cho thực vật đã được biết đến từ lâu Những tổn thương thực vật thường xuất hiện gần các thành phố lớn, nhà máy luyện kim, lọc dầu, sản xuất phân bón, nhà máy nhiệt điện, xi măng…, sân bay, đường cao tốc và đường phố nơi có mật độ giao thông cao

Dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí thường rất dễ nhầm lẫn với dấu hiệu của các bệnh do nấm, vi khuẩn, virus, côn trùng và mối, hoặc do thiếu, thừa dinh dưỡng Đây là điểm đáng lưu ý khi sử dụng thực vật để chẩn đoán môi trường không khí Trước tiên chúng ta phải xem xét các nhân tố ngoài ô nhiễm không khí bằng phương pháp loại dần.

Sự tổn thương do ô nhiễm không khí thường rất khốc liệt vào mùa nóng, bầu trời trong, phẳng lặng hoặc thời tiết ẩm ướt và áp suất không khí cao

Sự tổn thương do ô nhiễm không khí đối với thực vật có thể là mãn tính hoặc cấp tính Nếu là mãn tính thì thưpng làm cho lá cây bị vàng, xoăn lá, cây thấp lùn và sinh trưởng chậm Còn cấp tính thì làm chết mô một phần lá, cành hoặc cả lá, cành nên rất dễ nhận biết

Sau đây là một số ví dụ về tác động do ô nhiễm không khí đối với thực vật:

Nồng độ của Ôzôn cao trong không khí thường làm cho lá cây bị tổn thương lốm đốm, đó là những đốm lá bị hoại sinh (bảng 1.2)

Bảng 1.2: Một số thực vật thường bị O 3 làm tổn thương

1 Cây tần bì (Fraxinus griffithii) Các điểm màu trắng, màu đồng thau huyết dụ

2 Cây đậu đỗ (Glicin max.) Màu đồng thau, úa vàng

3 Dưa chuột (Cucumis sativus) Các điểm màu trắng

4 Cây nho (Vitis vinefera) Những điểm từ màu nâu đỏ đến đen

5 Hành (Allium cepa) Những đốm màu trắng, đầu lá không màu

6 Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana) Đầu các lá kim màu nâu vàng, lá kim lốm đốm

7 Khoai tây (Solanum tuberosum) Màu xám, các đốm có ánh kim loại

8 Rau Bina (Spinacia) Các đốm màu trắng xám

9 Thuốc lá (Nicotiana tobacum) Các đốm màu trắng xám

10 Dưa hấu (Citrullus lanatus) Các đốm màu xám, có ánh kim loại

(Feder W.A., 1979)

Nồng độ SO2 cao trong không khí thường làm cho thực vật bị tổn thương Cụ thể là giữa gân lá hoặc rìa lá của cây sẽ bị sáng màu nâu hoặc trắng (bảng 1.3.)

Bảng 1.3: Một số thực vật thường bị O 3 làm tổn thương

1 Cây mâm xôi (Rubus fruticosus) Trắng hạt giữa gân lá với sắc màu nâu

2 Cây thông (Pteridium ssp.) Các vết chết hoại màu hồng ở rìa lá

3 Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana) Đầu các lá kim có màu nâu

4 Bạch dương (Betula lental) Trắng nhạt viền lá và giữa gân lá

(Lacasse N.L and M Treshow, 1976)

Hợp chất florua, chủ yếu là hydroflorua (HF) làm cho lá bị hoại tử từ đỉnh lá lan đến bản lá Đầu tiên là các đốm màu vàng, màu nâu đỏ sau đó là cháy táp viền và ở đỉnh lá ở những thực vật lá rộng và cháy ở đỉnh lá ở cỏ và cây lá kim.

Tác động của bụi lên thực vật rất rõ, đó là tạp ra một lớp bụi phủ kín bền mặt lá cây, cành và thân Lâu ngày và không có mưa, cây sẽ ngừng sinh trưởng và có thể chết

1.3.1.2 Thực vật chỉ thị môi trường không khí

Những phương pháp sinh học để quan trắc ô nhiễm không khí xung quanh dựa trên các nguyên lý sử dụng khu hệ sinh vật (biota) như những thể tổng hợp (integrator) cho sự tiếp xúc môi trường Các loài trong khu hệ thực vật được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho những thay đổi của môi trường dựa vào khả năng mẫn cảm của chúng

Ngược với những kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông tin về những thay đổi trong chất lượng của môi trường, phương pháp quan trắc sinh học lại hiểu nhiều hơn về phương diện số lượng (MesjtriK và Pospisil, 1988) Những ưu thế của nó là đòi hỏi thông tin về độ lớn tích lũy các chất ô nhiễm, sự phân bố lại trong cơ thể và sự phân bố địa lý của ô nhiễm được phát hiện

Thực vật chỉ thị là thực vật mà các dấu hiệu bị tổn thương của chúng xuất hiện khi bị tác động bởi nồng độ nhất định của một hay hỗn hợp các chất gây ô nhiễm

Thực vật chỉ thị là cảm nhận (sensor) hóa học có thể nhận dạng khi có chất gây

ô nhiễm trong không khí Để quan trắc thường dựa vào đặc trưng về số lượng mà không phải là chất lượng Do đó, thực vật dùng đẻ quan trắc không chỉ là vật chỉ thị

mà còn giúp thu nhận các đánh giá về mặt số lượng

Thực vật được xem là chỉ thị khi chúng tích lũy trong mô những chất gây ô nhiễm hoặc những sản phẩm trao đổi chất sản sinh do kết quả tác động tương hỗ thực vật với chất gây ô nhiễm Từ kết quả của sự tác động, thực vật có thể thay đổi tốc độ sinh trưởng, thời gian chín, ra hoa, sự tạo thành quả và hạt kém đi, thay đổi quá trình sinh sản và cuối cùng là giảm sức sản xuất năng suất Một hoặc tất cả các thông số nêu trên có thể sử dụng để xác định sự xuất hiện của chất gây ô nhiễm trong không khí xung quanh và tiến hành thí nghiệm để nhận dạng, làm rõ sự thay đổi của thực vật với một chất hoặc hỗn hợp các chất gây ô nhiễm

Một số thực vật như địa y (Lichens, Peltigesa, Xanthoria) và rêu (Bryiphyta) là những vật tích lũy các chất gây ô nhiễm không khí, chủ yếu là các kim loại nặng chúng

có thể tích lũy tới nồng độ lớn hơn nhiều nồng độ của các kim loại nặng trong không khí xung quanh

Những loài mẫn cảm nhất trong số các thực vật là chỉ thị địa y, bởi vì bề mặt toàn thân của chúng đều hấp thụ các chất khoáng Nơi nào địa y không phát triển được thì áp dụng phương pháp trồng lại địa y Quần xã thực vật mọc hoang dã cũng có thể là những chỉ thị môi trường không khí Các loài mẫn cảm dần bị diệt vong và chỉ các thực vật có khả năng chống chịu mới tồn tại

Thực vật chỉ thị môi trường không khí được chia ra thành hai dạng:

- Dạng chống chịu tốt với môi trường bị ô nhiễm: Khi môi trường không khí bị

ô nhiễm chỉ còn tồn tại những loài thực vật này, còn hầu hết các loài thực vật khác đều

bị chết hoặc ngừng sinh trưởng

- Dạng thứ hai là đại đa số thực vật: Khi môi trường không khí bị ô nhiễm sẽ làm xuất hiện các tổn thương lên lá, thân cây Sự biểu hiện tổn thương ở thực vật này tùy thuộc vào nguồn ô nhiễm

Có một số cây khá điển hình cho chỉ thị ô nhiễm:

- Cây táo, anh đào, cà rốt: nhạy cảm với khí sunfur

- Cây thuốc lá, cây kim tử hương, hướng dương, đại mạch: nhạy cảm với khí Florua

- Cây uất kim hương, mai, bồ đào có thể giám sát và đo lường khí Flo

- Táo, đại mạch, đào ngô, hành tây tương đối nhạy cảm, có thể giám sát và đo lường khí Clo

Ví dụ: Chỉ thị ô nhiễm SO2 , O3 (hình 1.7, 1.8)

Hình 1.7: Chỉ thị ô nhiễm SO 2 Hình 1.8: Chỉ thị ô nhiễm O 3

1.3.2 Động vật và người chỉ thị môi trường không khí

Ô nhiễm môi trường không khí tác động có hại đến sức khỏe của người và động vật và rất ít khi người ta phát hiện ra sự tác động ấy, vì đa số các chất gây ô nhiễm không khí là không màu, không mùi vị

Đối với động vật: Biểu hiện ra ngoài rõ nét nhất khi động vật bị phơi nhiễm bởi

tác động mãn tính của ô nhiễm không khí là đa số bị thay đổi màu lông hoặc da và thay đổi về tốc độ tăng trọng Còn trong trường hợp bị tác động cấp tính thì đa số là bị bệnh và chết

Một thí nghiệm đồng ruộng đối với thỏ nhà sử dụng sự phơi nhiễm ô nhiễm không khí vùng lân cận của nhà máy luyện Pb cho thấy: Sau một thời gain phơi nhiễm, hàm lượng Pb trong máu của thỏ thí nghiệm tăng lên chắc chắn so với không phơi nhiễm Thỏ bị chết theo các nhóm 3 con sau phơi nhiễm kéo dài 1, 3, 6, 9 và 12 tháng

Ở một thí nghiệm quan trắc ảnh hưởng của Mg trong không khí đến phôi của động vật cho thấy: Những con chuột và thỏ cái cho tiếp xúc với Mg trong vòng 6 tháng khi được phối với các con đực không bị phơi nhiễm thì tỷ lệ thụ tinh chỉ có 40 %

so với bình thường và kích thước của lứa con đó nhỏ hơn

Đối với người: Quan sát và giám định sức khỏe đối với người là hướng rất quan

trọng trong giám sát ô nhiễm môi trường không khí Trong điều kiện nhiễm mãn tính thường sẽ rất nguy hiểm vì biểu hiện từ từ và khó xác định, nhưng sẽ làm cho người bị bệnh và đa số là những bệnh nguy hiểm Trường hợp nhiễm cấp tính rất dễ phát hiện vì thường biểu hiện ra ngoài rất rõ như đau đầu, mệt mỏi, ngứa ngáy, rụng tóc, ngất và có thể chết

Những vật liệu sinh học người có thể lấy mẫu được bao gồm máu và nước tiểu, tóc, móng chân tay và răng rụng Tính nhạy bén của tóc như chỉ thị cho sự tiếp xúc với các kim loại độc hại cũng đã được Benecko (1991) đề cập đến Xác định nồng độ As

đã được tiến hành trong trên tóc, nước tiểu và máu được lấy ra từ nhóm bé trai 10 tuổi sống trong vùng bị ô nhiễm As do đốt than đá có hàm lượng As cao Trong tất cả các vật liệu được kiểm tra đã phát hiện thấy hàm lượng As cao đáng kể

Đã tiến hành kiểm tra nồng độ Pb trong máu và trong tóc bằng phương pháp phân tích quang phổ hấp phụ nguyên tử ở 20 con trai độ tuổi từ 7- 14 có cha là những công nhân của nhà máy sản xuất ắc quy phải thường xuyên tiếp xúc với Pb cho thấy: Mức Pb trong máu ở ven của trẻ con thấp hơn trong những người công nhân, nhưng nồng độ Pb trung bình trong các mẫu tóc của cả hai nhóm là như nhau Hàm lượng Ni trong sinh chất máu và nước tiểu của những người làm việc và tiếp xúc với môi trường cũng gia tăng tương tự

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của ôzôn đến sức khỏe con người đã đưa ra kết luận khi hàm lượng O3 trong không khí đạt từ 0,2 ppm trở lên bắt đầu gây bệnh (bảng 1.4)

Bảng 1.4: Phản ứng của người và động vật ở các nồng độ ôzôn khác nhau

2 0,3 Mũi và họng bị kích thích và bị sưng tấy

3 1 – 3 Mệt mỏi, bải hoải sau 2 giờ tiếp xúc

(Vogt, 1979 và Menzoian, 1974)

Nhiều năm gần đây, miễn dịch học sinh thái như một ngành độc lập của khoa học miễn dịch đã được phát triển với mục đích xác định sự phản hồi của hệ miễn dịch với những chất gây ô nhiễm môi trường (kể cả kim loại) Tình trạng miễn dịch là dấu hiệu rất mẫn cảm đối với tác động độc hại của môi trường gây lên những hậu quả không tốt về sức khỏe Các dấu hiệu sinh học miễn dịch thể hiện những thay đổi chức năng có thể đo được do các chất gây ô nhiễm dẫn đến những tổn thương trực tiếp một phần của hệ miễn dịch hoặc gián tiếp do ảnh hưởng của các hệ khác Những dấu hiệu sinh học miễn dịch rất tiện ích trong chẩn đoán những người trong vùng ô nhiễm Thêm vào đó điều quan trọng là tìm kiếm những khiếm khuyết di truyền khác nhau của hệ miễn dịch đặc biệt đối với trẻ em Tính mẫn cảm giữa các cá thể của hệ miễn

dịch cuối cùng gây lên tác động về sức khỏe (phản ứng tức giận và tính mẫn cảm quá cao).

1.4 SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT

Hệ sinh thái trong đất và tính đa dạng của chúng có vai trò cực kỳ quan trọng vì

nó cung cấp thông tin, chức năng sản xuất và chức năng hỗ trợ cho sức sản xuất của đất Nghiên cứu hệ thống sinh vật chỉ thị của đất nhằm mục đích đưa ra cách nhìn tổng hợp, toàn diện về hiện trạng của hệ sinh thái đất trong mối liên quan chặt chẽ với nhiều chức năng hỗ trợ sức sống của đất như tính sản xuất, khoáng hóa, chu trình dinh dưỡng, khả năng cung cấp thức ăn khoáng cho cây trồng

Trong đánh giá môi trường đất có thể phân ra thành hai dạng điển hình:

- Thoái hóa môi trường đất: Thoái hoá là khái niệm để chỉ sự suy giảm theo

chiều hướng xấu đi so với ban đầu Thoái hoá đất được hiểu là quá trình suy giảm độ phì nhiêu của đất từ đó làm cho sức sản xuất của đất bị suy giảm theo

Theo một định nghĩa khác thì thoái hoá đất là các quá trình thay đổi các tính chất hoá lý và sinh học của đất dẫn đến giảm khả năng của đất trong việc thực hiện các chức năng của đất như: Cung cấp chất dinh dưỡng và tạo ra không gian sống cho cây trồng, vật nuôi và hệ sinh thái, điều hoà và bảo vệ lưu vực thông qua sự thấm hút và phân bố lại nước, mưa, dự trữ độ ẩm, hạn chế sự biến động của nhiệt độ, hạn chế ô nhiễm nước ngầm và nước mặt bởi các sản phẩm rửa trôi

- Ô nhiễm môi trường đất: Đất bị ô nhiễm được hiểu là khi hàm lượng một số

nguyên tố hóa học có trong đất vượt quá ngưỡng thường có của loại đất đó, hoặc đất chứa một một số chất gây độc trực tiếp

Ô nhiễm đất không những làm giảm khả năng sản xuất của đất mà còn làm ảnh hưởng đến cây trồng, gia súc và con người

Ô nhiễm đất còn làm hại đến môi trường khác như nước ngầm, nước mặt và không khí, từ đó ảnh hưởng đến con người

1.4.1 Vi sinh vật chỉ thị môi trường đất

Việc sử dụng vi sinh vật làm chỉ thị sinh học cho môi trường đất đến nay ít được áp dụng vì khó có thể quan sát bằng mắt thường Mặc dù khi đất bị thoái hóa hoặc bị ô nhiễm sẽ làm ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng và loài vi sinh vật sống trong đất

Tuy nhiên, người ta có thể gián tiếp quan sát vi sinh vật trong đánh giá môi trường thông qua sự phân hủy chất hữu cơ Khi đất bị ô nhiễm, nhất là ô nhiễm kim loại nặng thì số lượng vi sinh vật sẽ ít và ta dễ dàng quan sát thấy các tàn tích hữu cơ (cành lá khô…) ít bị phân hủy hoặc phân hủy chậm so với nơi đất không bị ô nhiễm

Ngược lại với ô nhiễm kim loại nặng và thoái hóa dinh dưỡng là hiện tượng nhiễm bẩn đất, thì trong trường hợp này có thể một số loài vi sinh vật đất lại có số lượng tăng lên đáng kể

Ở đất bị thoái hóa nghiêm trọng hoặc quá chua thì nấm là loại điển hình

1.4.2 Thực vật chỉ thị môi trường đất

1.4.2.1 Thực vật chỉ thị thiếu và thừa chất dinh dưỡng trong đất

Thực vật đòi hỏi những chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng và đảm bảo các chức năng bình thường khác Ngưỡng đủ các chất dinh dưỡng được xem là ngưỡng các chất dinh dưỡng cần thiết để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và sinh trưởng mạnh nhất của thực vật Các chất dinh dưỡng nằm ngoài ngưỡng đủ của thực vật gây hiện tượng thiếu hoặc thừa dinh dưỡng đều tác động xấu đến thực vật (hình 1.9)

Hình 1.9: Quan hệ giữa sinh trưởng thực vật và tổng lượng các chất dinh dưỡng

dễ tiêu (Brady and Weil, 1999)

Sự thiếu hụt dinh dưỡng xảy ra khi một hoặc một số chất dinh dưỡng cần thiết không đủ về số lượng cho sinh trưởng của cây Sự dư thừa gây ngộ độc xảy ra khi chất dinh dưỡng quá nhiều so với yêu cầu của cây và làm giảm sinh trưởng và năng suất cây trồng

Vai trò của các nguyên tố dinh dưỡng đối với thực vật và biểu hiện thiếu:

Nitơ (N): Nitơ có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng, có vai trò

quyết định trong quá trình trao đổi chất và năng lượng cũng như các hoạt động sinh lý của cây

Khi thiếu N, cây sinh trưởng phát triển kém, diệp lục không hình thành, lá chuyển màu vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, hoạt động quang hợp và tích lũy giảm sút nghiêm trọng, dẫn tới suy giảm năng suất

Photpho (P): Photpho cần cho tất cả các loại cây trồng nhưng rõ rệt nhất là với

cây họ đậu vì ngoài khả năng tham gia trực tiếp vào các quá trình sống của cây, chúng còn thúc đẩy khả năng cố định đạm của vi sinh vật cộng sinh

Khi thiếu P, lá cây ban đầu có màu xanh đậm, sau chuyển màu vàng, hiện tượng này bắt đầu từ các lá phía dưới trước, và từ mép lá vào trong Cây lúa thiếu P làm lá nhỏ, hẹp, đẻ nhánh ít, trỗ bông chậm, chín kéo dài, nhiều hạt xanh, hạt lép Cây ngô thiếu P sinh trưởng chậm, lá có màu lục rồi chuyển màu huyết dụ

Sinh

trưởng và

sức khỏe

thực vật

Ngưỡng thiếu Ngưỡng đủ Ngưỡng độc hại

Tổng lượng các chất dinh dưỡng dễ tiêu

Kali (K): Kali cần thiết cho mọi loại cây trồng, nhưng quan trọng nhất đối với

nhóm cây chứa nhiều đường hay tinh bột như lúa, ngô, mía, khoai tây Bón K sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng N và P

Biểu hiện rất rõ khi thiếu K là lá hẹp, ngắn, xuất hiện các chấm đỏ, lá dễ héo rũ

và khô Cây lúa thiếu K sinh trưởng kém, trỗ sớm, chín sớm, nhiều hạt lép lửng, mép

lá về phía đỉnh biến vàng Ngô thiếu K làm đốt ngắn, mép lá nhạt dần sau chuyển màu huyết dụ, lá có gợn sóng Điều đặc biệt là K có vai trò quan trọng trong việc tạo lập tính chống chịu của cây trồng với điều kiện bất thuận (hạn, rét) cũng như tính kháng sâu bệnh, vì vậy nếu thiếu K sẽ làm những chức năng này suy giảm đi

Lưu huỳnh (S): Lưu huỳnh tham gia trong thành phần protein, axit amin,

vitamin, có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi lipit và sự hô hấp của cây

Biểu hiện đặc trưng khi cây thiếu S cũng có hiện tượng vàng lá như khi thiếu N, tuy nhiên khác với thiếu N là hiện tượng vàng lá xuất hiện ở các lá non trước các lá trưởng thành và lá già Khi cây thiếu S, gân lá chuyển vàng trong khi phần thịt lá vẫn còn xanh, sau đó mới chuyển vàng Kèm theo những tổn thương trước hết ở phần ngọn

và lá non, cộng với sự xuất hiện các vết chấm đỏ trên lá do mô tế bào chết

Canxi (Ca): Canxi có vai trò quan trọng trong việc hình thành tế bào, hình

thành các mô cơ quan của cây Chúng có ý nghĩa quan trọng trong việc trung hòa độ chua của đất cũng như việc khử độc do sự có mặt của các cation (Na+, Al3+ ) trong nguyên sinh chất của tế bào Cùng với P, Ca là nguyên tố hàng đầu để tăng năng suất

và chất lượng cây họ đậu

Khi thiếu Ca thì đỉnh sinh trưởng và chóp rễ bị ảnh hưởng nghiêm trọng do các

mô phân sinh ngừng phân chia, sinh trưởng bị ức chế Triệu chứng đặc trưng của cây thiếu Ca là các lá mới ra bị dị dạng, chóp lá uốn câu, rễ kém phát triển, ngắn, hóa nhầy

và chết Ca là chất không di động trong cây nên biểu hiện thiếu Ca thường thể hiện ở các lá non trước

Magiê (Mg): Magiê là thành phần quan trọng của phân tử diệp lục nên nó quyết

định hoạt động quang hợp của cây Đây cũng là chất hoạt hóa của nhiều enzym rất quan trọng đối với quá trình hô hấp và trao đổi chất của cây Mg rất cần đối với các cây ngắn ngày như lúa, ngô, đậu, khoai tây Mg sẽ làm tăng hàm lượng tinh bột trong sản phẩm

Thiếu Mg làm chậm quá trình ra hoa, cây thường bị vàng lá do thiếu diệp lục Triệu chứng điển hình là các gân lá còn xanh trong khi phần thịt lá đã biến vàng Xuất hiện các mô hoại tử thường từ các lá phía dưới, lá trưởng thành lên lá non, vì Mg là nguyên tố linh động, cây có thể dùng lại từ các lá già

Sắt (Fe): Vai trò quan trọng nhất của sắt là hoạt hóa các enzym của quá trình

quang hợp và hô hấp Nó không tham gia vào thành phần diệp lục nhưng có ảnh hưởng quyết định tới sự tổng hợp diệp lục trong cây Hàm lượng sắt trong lá cây có quan hệ mật thiết đến hàm lượng diệp lục trong chúng

Sự thiếu hụt Fe thường xảy ra trên nền đất có đá vôi Lá cây thiếu sắt sẽ chuyển

từ màu xanh sang vàng hay trắng ở phần thịt lá, trong khi gân lá vẫn còn xanh Triệu chứng thiếu sắt xuất hiện trước hết ở các lá non, sau đến lá già, vì Fe không di động từ

lá già về lá non

Mangan (Mn): Mn là nguyên tố hoạt hóa rất nhiều enzym của các quá trình

quang hợp, hô hấp và cố định nitơ phân tử

Triệu chứng điển hình khi cây thiếu Mn là phần gân lá và mạch dẫn biến vàng, nhìn toàn bộ lá có màu xanh sáng, về sau xuất hiện các đốm vàng ở phần thịt lá và phát triển thành các vết hoại tử trên lá Nếu thiếu nghiêm trọng sẽ gây khô và chết lá Triệu chứng thiếu Mn có thể biểu hiện ở lá già hay lá non tùy theo từng loại cây

Đồng (Cu): Đồng là nguyên tố hoạt hóa nhiều enzym của quá trình tổng hợp

protein, axit nucleic và dinh dưỡng nitơ của cây

Hiện tượng thiếu đồng thường xảy ra trên những vùng đất đầm lây, ruộng lầy thụt Cây trồng thiếu đồng thường hay có hiện tượng chảy gôm (rất hay xảy ra ở cây

ăn quả), kèm theo các vết hoại tử trên lá hay quả Với cây họ hòa thảo, nếu thiếu đồng

sẽ làm mất màu xanh ở phần ngọn lá

Bo (B): B là một trong những nguyên tố vi lượng có hiệu quả nhất với cây

trồng B tác động trực tiếp đến quá trình phân hóa tế bào, trao đổi hocmon, trao đổi N, nước và chất khoáng khác, ảnh hưởng rõ rệt nhất của B là tới mô phân sinh ở đỉnh sinh trưởng và quá trình phân hóa hoa, thụ phấn, thụ tinh, hình thành quả

Khi thiếu B thì chồi ngọn bị chết, các chồi bên cũng thui dần, hoa không hình thành, tỷ lệ đậu quả kém, quả dễ rụng, rễ sinh trưởng kém, lá bị dày lên

Molypden (Mo): Mo có vai trò rất quan trọng trong việc trao đổi nitơ, tổng hợp

Vitamin C và hình thành lục lạp của cây

Thiếu Mo sẽ ức chế dinh dưỡng đạm của cây trồng nói chung, đặc biệt của các cây họ đậu

Kẽm (Zn): Zn tham gia hoạt hóa khoảng 70 enzym của nhiều hoạt động sinh lý,

sinh hóa của cây

Thiếu Zn sẽ gây rối loạn trao đổi auxin nên ức chế sinh trưởng, lá cây bị biến dạng, ngắn, nhỏ và xoăn, đốt ngắn và biến dạng

Niken (Ni): Thực vật cần Ni để nảy mầm và là thành phần trong emzym ureaza, một loại enzym xúa tác quá trình chuyển hóa urê thành ammoni Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy Ni cần thiết cho trao đổi chất trong cây họ đậu và những cây khác

Thiếu Ni cây bị vàng lá và vàng ở giữa gân lá ở những lá non

Tóm lại: có thể chẩn đoán thiếu dinh dưỡng ở thực vật dựa vào 5 biểu hiện sau:

- Sinh trưởng còi cọc

- Bệnh vàng lá

- Bệnh vàng giữa gân lá

- Xuất hiện màu đỏ tía

- Hoại tử (bảng 1.5).

Bảng 1.5: Các dấu hiệu đặc trưng ở lá khi thiếu chất dinh dưỡng

Chất dinh dưỡng Vị trí trên

thực vật

Bệnh vàng lá

Viền lá bị hoại tử

Mn, Fe Những lá non Có Không Màu vàng giữa gân lá

(Dobermann A And T Fairhurst, 2000)

Dấu hiệu ngộ độc ở thực vật:

Khi một hoặc một vài nguyên tố dinh dưỡng đa, trung lượng hoặc vi lượng vượt quá ngưỡng thì sẽ gây độc hại cho cây Tuy nhiên, cũng có một số nguyên tố không gây độc

Thừa N sẽ làm cây sinh trưởng quá mạnh, do thân lá tăng trưởng nhanh mà mô

cơ giới kém hình thành nên cây rất yếu, dễ lốp đổ, dễ bị sâu bệnh tấn công Ngoài ra

sự dư thừa N trong sản phẩm cây trồng (đặc biệt là rau xanh) còn gây tác hại lớn tới sức khỏe con người Nếu N dư thừa ở dạng NO3- thì khi vào dạ dày, chúng sẽ vào ruột non và mạch máu, sẽ chuyển hemoglobin (của máu) thành dạng met-hemoglobin, làm mất khả năng vận chuyển oxy của tế bào Còn nếu ở dạng NO2- chúng sẽ kết hợp với axit amin thứ cấp tạo thành chất Nitrosamine - là một chất gây ung thư rất mạnh

Thừa P không có biểu hiện gây hại như thừa N vì P thuộc loại nguyên tố linh động, nó có khả năng vận chuyển từ cơ quan già sang cơ quan còn non Tuy nhiên, khi thừa P sẽ làm giảm khả năng hút Fe, Mn và Zn và làm chúng bị thiếu trong cây, dẫn đến ức chế sinh trưởng của cây

Thừa dư và gây ngộ độc Al: Làm cho rễ phát triển kém, lá vàng úa và da cam ở giữa gân lá, sau đó là trắng lá giữa gân rồi lá bị chết héo và viền lá bị táp nắng

Đối với các nguyên tố trung lượng và vi lượng, cây cần một lượng nhỏ, nhưng thiếu chúng nhiều chức năng của thực vật bị phá vỡ Ngược lại, trong thực tiễn sản xuất do hoạt động công nghiệp, làng nghề và hoạt động khai khoáng đã dẫn đến dư thừa các nguyên tố vi lượng và trung lượng trong đất và dẫn đến ngộ độc cho cây (bảng 1.6)

Nhìn chung, thiếu hay thừa chất dinh dưỡng đều làm cho cây sinh trưởng phát triển kém, giảm sức sản xuất và gây ra những dấu hiệu không bình thường có thể quan sát được bằng mắt thường

Bảng 1.6: Các yếu tố gây độc, dấu hiệu ngộ độc và ngưỡng độc

Zn Dưới tán cây và cây trồng

trong nhà có mái che

> 400 Ít xảy ra Dấu hiệu giống thiếu Fe

và Mn

(Thomas Dierolf, 2001)

1.4.2.2 Thực vật chỉ thị đất ô nhiễm kim loại nặng

Đất bị ô nhiễm kim loại nặng là đất có hàm lượng quá lớn so với bình thường (vượt ngưỡng) của một hoặc nhiều các nguyên tố có thể là dinh dưỡng vi lượng như

Cu, Mn, Zn và Ni, hoặc các nguyên tố không phải là dinh dưỡng như Cd, Pb, As, Hg,

Se Nhìn chung, đất bị ô nhiễm kim loại nặng đều làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây Khi đất bị ô nhiễm kim loại nặng đa số thực vật bị ngừng sinh trưởng và dẫn đến chết Tuy nhiên cũng có một số loài thực vật lại không bị chết và thậm chí có loài còn sinh trưởng phát triển tốt

Từ hiện tượng đó, người ta đã phân ra được hai nhóm thực vật trong chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng trong đất, đó là:

- Nhóm thực vật có khả năng chống chịu với nồng độ kim loại cao gọi là “siêu chống chịu”

- Nhóm thực vật có khả năng thu hút kim loại nặng và tích lũy vào các bộ của cây gọi là “siêu hấp thụ kim loại”

Đến nay người ta đã phát hiện được trên 450 loài thực vật có khả năng thu hút kim loại nặng trong đất Trong số này có khá nhiều loài được tìm thấy ở Việt Nam

Sau đây là một số loại thực vật điển hình làm chỉ thị cho đất bị ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam:

- Cây dương xỉ, vetiver, lau, sậy.

- Cây hoa ngũ sắc, mua, sim, đơn buốt, ngải dại

- Cây cỏ tre, cỏ gà, mần trầu

- Cây cải xanh, cải xoong, rau muống

- Cây bạch đàn, keo tai tượng, keo lá chàm

- Ở đất ô nhiễm Al cao (đất phèn): Cây năng bộp, năng kim, năng chỉ, cỏ bàng,

1.4.2.3 Thực vật chỉ thị đất dốc thoái hóa, chua

Đất dốc thoái hóa chủ yếu do xói mòn rửa trôi,

do không được bón phân hữu cơ, do canh tác không để lại sản phẩm phụ của cây trồng và thiếu nước Đất dốc

bị thoái hóa thường chua, nghèo dinh dưỡng và giàu

- Sim, mua, cỏ lào, chè vằng.

- Các cây thân bò như đậu mèo dại, trinh nữ có gai và không gai

1.4.3 Động vật chỉ thị môi trường đất

Cho đến nay chưa có nhiều nghiên cứu về sử dụng động vật đất làm chỉ thị sinh học Tuy nhiên, chúng ta đều hiểu rõ rằng, khi đất bị ô nhiễm hoặc bị thoái hóa sẽ làm giảm đáng kể động vật đất như giun đất, mối, kiến

Để đánh giá độ phì nhiêu của đất người ta thường dùng giun đất làm chỉ thị Giun đất và các động vật đất khác như tiểu túc, nhuyễn thể và động vật có xương tham gia tích cực vào quá trình phân huỷ xác động thực vật, đào xới đất, tạo điều kiện cho không khí, nước và vi sinh vật thực hiện quá trình phân huỷ chất hữu cơ, giúp cho thực vật bậc cao dễ dàng lấy được chất dinh dưỡng từ đất Vì vậy giun đất nhiều hay ít là chỉ thị tốt cho đánh giá đất đó tốt hay xấu

Ngoài ra người ta còn sử dụng mối như là một chỉ thị sinh học cho độ phì đất Chúng ta đã được biết khá nhiều mặt lợi ích của các loài mối, ví dụ như: Chúng phân giải xenlulô thực vật, tăng mùn cho đất, là mắt xích thức ăn trong chu trình luân chuyển vật chất trong hệ sinh thái v.v… Ngày nay, mối còn được chú ý nhiều với vai trò là chỉ thị sinh học trong các nghiên cứu về sự phục hồi của hệ sinh thái Đã có những nghiên cứu cho thấy, nhiều loài mối rất nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường sống, sự có mặt hay biến mất của một số loài gắn liền với những biến đổi của điều kiện môi trường, đặc biệt là thảm thực vật và cấu trúc đất

Hình 1.16: Mối Hình 1.17: Giun đất

Câu hỏi ôn tập:

1 Chỉ thị sinh học là gì? Vai trò của chỉ thị sinh học?

2. Trình bày vi sinh vật chỉ thị môi trường phú dưỡng?

3 Trình bày thực vật chỉ thị môi trường phú dưỡng?

4 Trình bày động vật chỉ thị môi trường phú dưỡng?

5 Trình bày chỉ thị sinh học môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng?

6 Trình bày thực vật chỉ thị môi trường không khí?

7. Trình bày động vật và người chỉ thị môi trường không khí?

8. Thực vật chỉ thị thiếu và thừa chất dinh dưỡng trong đất như thế nào?

9. Thực vật chỉ thị đất ô nhiễm kim loại nặng như thế nào?

10.Thực vật chỉ thị đất dốc thoái hóa, chua như thế nào?

11 Động vật chỉ thị môi trường đất như thế nào?

CHƯƠNG 2

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

2.1 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI HỮU CƠ

Phế thải là sản phẩm loại bỏ được thải ra trong quá trình hoạt động, sản xuất, chế biến của con người

Phế thải có nhiều nguồn khác nhau: rác thải sinh hoạt, rác thải đô thị, tàn dư thực vật, phế thải do quá trình sản xuất, chế biến nông công nghiệp, phế thải từ các nhà máy công nghiệp (nhà máy giấy, khai thác chế biến than, nhà máy đường, nhà máy thuốc lá, nhà máy bia, nước giải khát, các lò mổ, các nhà máy xí nghiệp chế biến rau quả đồ hộp …)

Việt Nam là nước nông nghiệp có nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn, rất đa dạng Công nghiệp mía đường đã để lại hàng chục vạn tấn bã mía, bùn mía và tàn dư phế thải từ sản xuất, chế biến mía ra đường Ngành công nghiệp chế biến xuất khẩu cà phê đã thải ra môi trường hơn 20 vạn tấn vỏ/năm Trên đồng ruộng, nương rẫy hàng năm để lại hàng triệu tấn phế thải đó là rơm, rạ, lõi ngô, cây sắn, thân lá thực vật… Ngoài ra còn có tới hàng triệu tấn rác thải sinh hoạt Tất cả nguồn phế thải này một phần bị đốt, còn lại trở thành rác thải, phế thải gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường

và nguồn nước, trong khi đó đất đai lại thiếu trầm trọng nguồn dinh dưỡng cho cây

Phế thải rất đa dạng, nhưng người ta xếp thành 3 nhóm sau:

+ Phế thải hữu cơ

+ Phế thải rắn

+ Phế thải lỏng

Hiện nay dùng biện pháp sinh học để xử lý phế thải là biện pháp tối ưu nhất, nó đang được tất cả các nước sử dụng Đó là dùng công nghệ vi sinh vật để phân huỷ phế thải, muốn thực hiện được biện pháp này, điều quan trọng nhất đó là phải phân loại phế thải, vì trong phế thải còn nhiều phế liệu khó phân giải không thể thực hiện được theo biện pháp này như: túi polyetylen, vỏ chai lọ bằng thủy tinh và nhựa, các loại phế liệu rắn bền phân giải lâu

2.1.1 Phương pháp xử lý phế thải hữu cơ

Khác với rác thải phế thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt là một tập hợp không đồng nhất Tính không đồng nhất biểu hiện ngay ở sự không kiểm soát được của các nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt và thương mại Sự không đồng nhất này tạo ra một số đặc tính rất khác biệt trong các thành phần của rác thải sinh hoạt

Một trong những đặc điểm rõ nhất thấy ở rác thải sinh hoạt Việt Nam là thành phần các chất hữu cơ chiếm tỷ lệ rất cao 45 – 55 % Trong thành phần phế thải đô thị các cấu tử phi hữu cơ (kim loại, thuỷ tinh, rác xây dựng…) chiếm khoảng 12 – 15 % Phần còn lại là các cấu tử khác Cơ cấu thành phần cơ học trên của phế thải đô thị

không phải là những tỷ lệ bất biến, mà có biến động luôn luôn theo các tháng trong năm và luôn thay đổi theo mức sống của cộng đồng.

Ở các nước phát triển, do mức sống của người dân cao cho nên tỷ lệ thành phần hữu cơ trong rác thải sinh hoạt thường chỉ chiếm 35 – 40 % Như vậy so với thế giới thì rác thải đô thị Việt Nam có tỷ lệ hữu cơ cao hơn rất nhiều Chính nhờ đặc điểm này, nên việc xử lý rác thải sinh hoạt ở Việt Nam bằng công nghệ vi sinh vật là rất khả thi

Để xử lý phế thải hữu cơ từ rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp sau thu hoạch hiện nay có khá nhiều phương pháp khác nhau:

* Phương pháp sản xuất khí sinh học (Biogas):

Cơ sở của phương pháp này là nhờ sự hoạt động của vi sinh vật mà các chất khó tan (Xenluloza, lignin, hemixeluloza và các chất cao phân tử khác) được chuyển thành chất dễ tan Sau đó lại được chuyển hoá tiếp thành các chất khí trong đó chủ yếu

là mêtan

Ưu điểm của phương pháp này là có thể thu được một loạt các chất khí, có thể cháy được và cho nhiệt lượng cao, sử dụng làm chất đốt, không ô nhiễm môi trường Phế thải sau khi lên men được chuyển hoá thành phân hữu cơ có chất dinh dưỡng cao

để bón cho cây trồng

Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm sau:

- Khó lấy các chất thải sau khi lên men

- Là quá trình kị khí bắt buộc vì vậy việc thiết kế bể ủ rất phức tạp, vốn đầu tư lớn

- Gặp nhiều khó khăn trong khâu tuyển chọn nguyên liệu

* Phương pháp ủ phế thải thành đống, lên men tự nhiên có đảo trộn:

Rác được chất thành đống có chiều cao từ 1,5 - 2,0 m đảo trộn mỗi tuần một lần Nhiệt độ đống ủ là 55 - 60oC, độ ẩm 50 – 70 %, sau 3 - 4 tuần tiếp không đảo trộn Phương pháp này đơn giản, nhưng mất vệ sinh, gây ô nhiễm nguồn nước và không khí

* Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn và có thổi khí:

Phế thải được chất thành đống cao từ 1,5 - 2,0 m Phía dưới được lắp đặt một hệ thống phân phối khí Nhờ có quá trình thổi khí cưỡng bức, mà các quá trình chuyển hoá được nhanh hơn, nhiệt độ ổn định, ít ô nhiễm môi trường

* Phương pháp lên men trong các thiết bị chứa:

Phế thải được cho vào các thiết bị chứa có dung tích khác nhau để lên men Lượng khí và nước thải sinh ra trong quá trình lên men được kiểm soát chặt chẽ Các

vi sinh vật đã được tuyển chọn bổ sung cho hệ vi sinh vật tự nhiên trong đống ủ, nhờ

đó mà quá trình xảy ra nhanh và dễ kiểm soát, ít ô nhiễm hơn

* Phương pháp lên men trong lò quay:

Phế thải được thu gom, phân loại đập nhỏ bằng búa đưa vào lò quay nghiêng với độ ẩm từ 50 – 60 % Trong khi quay phế thải được đảo trộn do vậy không phải thổi khí Rác sau khi lên men lại được ủ chín thành đống trong vòng 20 - 30 ngày.

* Phương pháp xử lý rác thải hữu cơ công nghiệp:

Đặc điểm chung của kiểu ủ rác công nghiệp này là tự động hoá cao do đó rác được phân huỷ rất tốt, nhưng lại đòi trình độ khoa học công nghệ cao, chi phí tốn kém chưa phù hợp với trình độ và khả năng đầu tư của các nước đang phát triển

* Phương pháp ủ rác thải hữu cơ làm phân ủ:

Rác thải hay than bùn không bị bỏ đi mà được tái chế thành sản phẩm cung cấp cho nông nghiệp Nhưng phương pháp này còn có một số hạn chế sau: Vốn chi phí vận hành tương đối lớn, diện tích sử dụng khá lớn, phân loại và tuyển chọn rác mất nhiều công

Với tất cả các phương pháp trên đều dựa trên nguyên tắc là sử dụng vi sinh vật phân hủy và chuyển hóa các chất của phế thải Tùy theo phương pháp mà người ta sử dụng các chế phẩm vi sinh vật khác nhau

2.1.2 Các chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ

Hiện nay đang có khá nhiều chế phẩm vi sinh vật dùng cho xử lý phế thải hữu

cơ Sau đây là một số chế phẩm được sử dụng nhiều và có hiệu quả tốt

2.1.2.1 Chế phẩm E.M (Effective Microorganisms)

E.M (Effective Microorganisms) có nghĩa là các vi sinh vật hữu hiệu Chế phẩm

này do giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa, Trường Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản sáng tạo và áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980

Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí 80 loài vi sinh vật này được lựa chọn từ hơn 2.000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ lên men Đó là các nhóm vi sinh vật hữu hiệu: Vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn cố định Nitơ, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn

E.M được ứng dụng rộng rãi có hiệu quả trong nông nghiệp, công nghiệp, chế biến thực phẩm, hóa mỹ phẩm và xử lý môi trường E.M gốc có độ pH dưới 3,5 nhưng khi pha loãng với tỉ lệ 1/1000 thì nó trung tính và rất tốt cho tiêu hóa, có thể uống được nước này

Từ nhiều năm nay E.M đã được sử dụng tại nước ta E.M hòa với nước và phun đều lên rác đã hạn chế khá hiệu quả mùi hôi thối bốc ra từ các bãi rác lớn Bãi rác Tây

Mỗ, Hà Nội (nay đã đóng cửa do hết diện tích chôn lấp) sau khi được xử lý với E.M đã giữ được môi trường trong sạch, đứng ngay giữa bãi rác cũng không ngửi thấy mùi hôi thối

Các bãi rác ở Việt Nam hiện nay phần nhiều đều sử dụng biện pháp chôn lấp kết hợp với sử dụng E.M Tại bãi rác Nam Sơn, Hà Nội, bãi rác Đá Mài, Thái Nguyên đều tiến hành phun E.M 2 % với lượng 10 lít dung dịch cho 100 kg rác và thu được kết quả khả quan

Từ năm 2000, E.M đã được thử nghiệm cho nhiều hộ gia đình ở thành phố Hà Nội Quy trình xử lý rác thải hữu cơ (rau, thức ăn, hoa quả ) theo phương pháp E.M (không tiêu hủy được rác thải vô cơ) cần 1 thùng 25lít, có đế cao khoảng 15 cm, ở đáy thùng có 1 vỉ ngăn và 1 vòi dùng để tháo nước.Trước khi cho rác vào thùng phải lắc đều 1 lượt cám bokashi vào đáy thùng (bokashi là chất được chế tạo từ dung dịch E.M trộn với cám và gói kín 3 - 4 ngày đến khi thấy mùi men) Sau đó đổ rác vào thùng, ấn rác xuống rồi rắc 1 lượt cám bokashi lên trên rồi cứ làm như thế cho đến khi rác đầy thùng Nếu dưới đáy thùng có nước thì mở vòi cho nước chảy ra (không cho nước đầy vỉ) Nước thải này có thể thải ra rãnh nước hoặc toillet, hoặc cũng có thể pha loãng

1000 lần với nước sạch rồi tưới cây cũng rất tốt

Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Nông, Hoàng Hải, Nguyễn Ngọc Sơn Hải (2007) cũng cho thấy hiệu quả của việc sử dụng các chế phẩm E.M tới tốc độ phân giải rác hữu cơ

Bảng 2.1: Kết quả xử lý rác thải sinh hoạt hữu cơ bằng một số chế phẩm

phân hủy qua sàng ≤ 2mm (%)

Trước

xử lý (kg)

Sau xử lý 60 ngày Trước xử lý

(dm 3 )

Sau xử lý 60 ngày

Hình 2.1: E.M gốc Hình 2.2: Cám E.M - bokashi

2.1.2.2 Chế phẩm sinh học Biomic

Biomic có chứa các vi sinh vật có ích như: Lactobaccillus aldophis 01, Lactobaccillus aldophis 03, Bacillus memgaterium, Bicillus Lichennoformis, Strepstococus facium, Nitrobacter, Những vi sinh vật này có thể phân hủy nhanh các chất thải hữu cơ, các hợp chất gây độc hại

Kết quả cho thấy, sử dụng chế phẩm sinh học Biomic giúp phân hủy nhanh các phế thải như rác thải sinh hoạt, rơm rạ, than bùn, phân gia súc gia cầm tạo thành phân bón hữu cơ phục vụ sản xuất nông nghiệp Loại phân này có chứa nhiều vi sinh vật có ích nên đem bón cho cây trồng giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm Chỉ cần dùng 1 kg Biomic phối trộn với 1 kg NPK hòa tan với mười lít nước tưới xử lý cho

1 tấn phân gia súc, gia cầm, rác thải, sau đó dùng ni-lông phủ kín; sau 20-25 ngày phân, rác sẽ hoại mục không mùi hôi thối Có thể sử dụng 1kg Biomic trộn với 1kg đường vàng hòa với 20 lít nước cho vào bể nước thải chăn nuôi dung tích 5m3, sau 5 ngày mùi hôi thối sẽ giảm hẳn Sau 3 ngày xử lý, các chế phẩm sẽ tiêu diệt các vi sinh gây bệnh

2.1.2.3 Chế phẩm sinh học EMIC

EMIC là hỗn hợp các vi sinh vật hữu ích có khả năng phân giải mạnh xenluloz, tinh bột, protein,… Vi sinh vật tổng số >

109 CFU/g

EMIC phân giải nhanh rác thải, phế thải

nông nghiệp, mùn bã hữu cơ, phân bắc và phân

chuồng làm phân bón hữu cơ vi sinh

EMIC làm giảm tối đa mùi hôi thối của chất

thải hữu cơ, diệt mầm bệnh sinh vật có hại trong

chất thải

Xử lý chất thải làm phân bón: Hoà 1 - 2 gói

vào nước tưới đều cho 1tấn nguyên liệu, đạt độ ẩm

45 – 50 % Ủ thành đống có che phủ, cứ 7 - 10

ngày đảo trộn một lần Ủ khoảng 20 - 30 ngày

EMIC là chế phẩm trung tính, an toàn không

độc hại đối với người, gia súc và môi trường

Hình 2.3: Chế phẩm sinh học EMIC

2.1.2.4 Chế phẩm vi sinh Biovina

Chế phẩm được dùng để xử lý chất thải để tạo ra phân hữu cơ vi sinh Giống vi sinh biovina đảm bảo tính thuần khiết, ổn định có khả năng phân giải các chất hữu cơ nhanh, môi trường nuôi cấy có sẵn trong điều kiện Việt Nam, quy trình công nghệ đơn giản và dễ thực hiện Hai loại Biovina1 và Biovina2 đã được nghiên cứu, sản xuất và thương mại hóa Trong đó Biovina1 đã dùng để xử lý rác tại nguồn, rác chôn lấp tại bãi rác Đông Thạch, xử lý phế liệu của nhà máy đồ hộp Tân Bình và xử lý chất thải

vùng nuôi tôm Còn Biovina 2 được dùng để xử lý nước thải trại chăn nuôi heo, xử lý mùi các bãi chôn lấp rác.

2.1.2.5 Chế phẩm vi sinh BioMicromix

Các nhà khoa học Việt Nam xây dựng mô hình xử lý rác thải sinh hoạt thành phân hữu cơ có bổ sung chế phẩm vi sinh BioMicromix thực hiện tại Hà Tây

Rác thải của các hộ dân được phân loại sơ bộ ngay tại gia đình, mỗi gia đình có

2 thùng rác, một thùng đựng rác hữu cơ (thực phẩm thừa, lá cây ), một thùng đựng rác vô cơ các loại không phân hủy được (thủy tinh, nilon, vỏ sò, vỏ ốc ) Hàng ngày công nhân của đội thu gom đi thu gom đưa về sân tập kết Ở đây, rác được tiếp tục phân loại để loại bỏ các chất vô cơ Phần hữu cơ được trộn lẫn với chế phẩm vi sinh BioMicromix rồi đưa vào bể ủ Chế phẩm vi sinh BioMicromix là chế phẩm vi sinh vật ưa nhiệt, có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm nhanh mất mùi hôi, không có ruồi muỗi

Thời gian lên men trong bể kéo dài từ 40 - 50 ngày Khi quá trình ủ đã kết thúc, đống ủ xẹp xuống, nhiệt độ xuống dưới 400C, rác được chuyển ra sân phơi cho khô, sau đó được đưa vào nghiền và sàng phân loại Phần hữu cơ tận dụng làm phân bón Nước rác được thu gom vào bể chứa qua hệ thống rãnh, khi khối ủ bị khô dùng nước này để bổ sung

Các chất vô cơ được phân loại, phần có thể tái chế (thuỷ tinh, nilon, sắt thép ) được thu gom lại để bán cho các cơ sở tái chế còn phần không tái chế được (sành sứ,

vỏ ốc ) được đem đi chôn lấp Gạch ngói vỡ dùng để san nền hay bê tông hóa, lát kè đường đi, xây mương

Ngoài một số chế phẩm vi sinh trên, hiện nay ngoài thị trường đang có nhiều chế phẩm vi sinh với nhiều tên khác nhau Nhưng cơ bản thì nguyên tắc chung là đều chứa các vi sinh vật có ích và có khả năng phân giải cao các phế thải hữu cơ

2.1.3 Một số ví dụ ứng dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải hữu cơ

2.1.3.1 Sản xuất phân bón từ phế thải hữu cơ

Có một số phương pháp sản xuất phân bón từ phế thải hữu cơ:

* Ủ rác để thu hồi khí sinh học

Dùng công nghệ vi sinh để phân huỷ rác, thu khí CH4 làm khí đốt chạy máy phát điện hoặc sử dụng vào các mục đích khác Chi phí của phương pháp này cũng khá cao

* Chế biến phân vi sinh

Trong phương pháp này rác sau khi loại bỏ các chất vô cơ được ủ trong điều kiện thoáng khí hay yếm khí Trong quá trình ủ, các chất hữu cơ chuyển hoá dần về mặt sinh học thành các hợp chất mùn, gọi là phân compost Phân compost sau khi được trộn đều với các nguyên tố dinh dưỡng (NPK với các tỉ lệ khác nhau) sẽ thành các sản phẩm phân vi sinh khác nhau Việc chế biến phân compost từ rác thải có thể được làm từ công nghệ đơn giản hoặc công nghệ tiên tiến đắt tiền

Ưu điểm:

Giải quyết được một phần đáng kể chất thải rắn

Thu hồi, tái chế được chất thải rắn dưới dạng phân hữu cơ

Tận thu và tái sử dụng một số thành phần như: nhựa, nilon, thủy tinh, kim loại…

Nhược điểm:

Chỉ xử lý thành phần hữu cơ trong rác thải

Tốn nhiều thời gian, chi phí vận hành cao, công nghệ phức tạp

Nếu sử dụng công nghệ đơn giản có thể gây ô nhiễm môi trường không khí xung quanh khu vực xử lý (mùi hôi thối và một số khí độc), ô nhiễm nguồn nước ở khu vực lân cận

Công nghệ ủ:

• Nguyên tắc cơ bản:

Toàn bộ rác và chất thải được ủ lên men hợp vệ sinh trong các hố ủ khô

Nước rỉ rác trong quá trình ủ được thu hồi và xử lý làm sạch trước khi xả ra ngoài môi trường

Các giải pháp bảo vệ môi trường:

+ Không khí: Tạo vành đai cây xanh cách ly

+ Nước: Chống thấm và tràn nước ra ngoài

+ Đất: Bảo đảm chống thấm nước rác theo phương đứng và theo phương ngang

• Đặc điểm hố ủ phân tạm thời:

Có cấu tạo là các hố nhỏ có thành và đáy được đổ bê tông hoặc đắp một lớp đất sét dày 50 cm ở dưới đáy và đầm chặt sau đó rải một lớp vải địa kỹ thuật lên trên Trước khi đổ rác, các hố này phải hoàn thiện phần chống thấm đáy và tràn nước rác bằng cách lại phủ thêm một lớp sét đệm dày 20 cm để cấu tạo lớp nền và đáy thoát nước, xây dựng các rãnh thu nước rác ngầm, tạo tường sét bao quanh từng ô chôn Tại cạnh thành hố, có bậc thang lên xuống dễ dàng, tiện cho việc tận thu sản phẩm sau ủ

• Phương pháp ủ:

Rác sẽ được phân loại bằng phương pháp thủ công tại khu tập trung rác theo quy mô đầu tư nhỏ Sau khi phân loại, lượng rác thải hữu cơ được đem ủ trong hố ủ và phun chế phẩm sinh học để tăng nhanh quá trình phân hủy thành mùn, còn các chất trơ thì được chôn lấp đơn giản

Rác thu gom được xe chuyên dùng chở đến đổ xuống các hố ủ và được phun chế phẩm sau đó dùng máy ủi bánh xích hoặc các thiết bị thủ công san rác, ép và nén chặt cuối chu kỳ xuống Khi lớp rác đã đầm nén có độ dầy từng lớp khoảng 0,6 m hoặc vào cuối ngày được phủ một lớp đất dày khoảng 0,20 – 0,22 m và đầm nén chặt đảm bảo tỷ trọng chất thải tối thiểu sau đầm nén khoảng 0,8 tấn/m3 (hệ số nén khoảng 1,5)

Lớp rác mới sẽ được đổ phủ lên và lặp lại chu trình Quá trình ủ sẽ được tiến hành từ ô này sang ô khác

Chỉ áp dụng đầm nén bằng thiết bị đầm thủ công vì các hố chôn cấu trúc nhỏ và được xây tường

Ủ sinh học (compost) có thể được coi như là quá trình ổn định sinh hoá các chất hữu cơ để thành chất mùn, với thao tác sản xuất và kiểm soát một cách khoa học tạo môi trường tối ưu đối với quá trình

Quá trình ủ hữu cơ từ rác hữu cơ là một phương pháp truyền thống, được áp dụng phổ biến ở các quốc gia đang phát triển và ở Việt Nam Phương pháp này được

áp dụng rất có hiệu quả Những đống lá hoặc đống phân có thể để hàng năm và thành chất thải hữu cơ rồi thành phân ủ ổn định, nhưng quá trình có thể tăng nhanh trong vòng một tuần hoặc ít hơn Quá trình ủ coi như một quá trình xử lý - tốt hơn được hiểu

và so sánh với quá trình lên men yếm khí bùn hoặc quá trình hoạt hoá bùn Theo tính toán của nhiều tác giả, quá trình ủ có thể tạo ra thu nhập gấp 5 lần so với khi bán khí metan của bể metan với cùng một loại bùn đó và thời gian rút ngắn lại một nửa Sản phẩm cuối cùng thu được không có mùi, không chứa vi sinh vật gây bệnh và hạt cỏ

Để đạt mức độ ổn định như lên men, việc ủ đòi hỏi một phần nhỏ năng lượng để tăng cao dòng không khí qua các lỗ xốp, ẩm của khối coi như một máy nén thổi khí qua các tấm xốp phân tán khí trong bể aeroten - bùn hoạt tính Trong quá trình ủ, oxy sẽ được hấp thụ hàng trăm lần và hơn nữa so với ở bể aerten Quá trình ủ được áp dụng đối với chất hữu cơ không độc hại, lúc đầu là khử nước, sau là xử lý cho tới khi nó thành xốp

và ẩm Độ ẩm và nhiệt độ được kiểm tra để giữ cho vật liệu luôn luôn ở trạng thái hiếu khí trong suốt thời gian ủ Quá trình tự tạo ra nhiệt riêng nhờ quá trình oxy hoá sinh hoá các chất thối rữa Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ CO2, nước và các hợp chất hữu cơ bền vững như Lignin, xenlulo, sợi

Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ ủ sinh học theo các đống

Công nghệ ủ đống thực chất là một quá trình phân giải phức tạp gluxit, lipit và protein với sự tham gia của các sinh vật hiếu khí và kỵ khí Các điều kiện pH, độ ẩm, thoáng khí (đối với vi khuẩn hiếu khí) càng tối ưu, vi sinh vật càng hoạt động mạnh và quá trình ủ phân càng kết thúc nhanh Tuỳ theo công nghệ mà vi khuẩn kỵ khí hoặc vi khuẩn hiếu khí sẽ chiếm ưu thế Công nghệ ủ đống có thể là ủ tĩnh thoáng khí cưỡng bức, ủ luống có đảo định kỳ hoặc vừa thổi khí vừa đảo Cũng có thể ủ dưới hố như kiểu ủ chua thức ăn, chăn nuôi hay ủ trong hầm kín thu khí metan

* Công nghệ ủ sinh học theo quy mô công nghiệp:

Quá trình ủ (compost) quy mô công nghiệp được trình bày ở sơ đồ hình 2.5 Rác tươi được chuyển về nhà máy, sau đó được chuyển vào bộ phận nạp rác và được phân loại thành phần của rác trên hệ thống băng tải (tách các chất hữu cơ dễ phân huỷ, chất vô cơ, chất tái sử dụng) phần còn lại là phần hữu cơ phân huỷ được qua máy nghiền rác và được băng tải chuyển đến khu vực trộn để giữ độ ẩm Máy xúc đưa vật liệu này vào các ngăn ủ, quá trình lên men làm tăng nhiệt độ lên 65 - 700C sẽ tiêu diệt các mầm bệnh và làm cho rác hoại mục Quá trình này được thúc đẩy nhờ quạt gió cưỡng bức Thời gian ủ là 21 ngày, rác được đưa vào ủ chín trong thời gian 28 ngày Sau đó sàng để thu lấy phần lọt qua sàng mà trong đó các chất trơ phải tách ra nhờ bộ phận tỷ trọng Cuối cùng ta thu được phân hữu cơ tinh có thể bán ngay hoặc phối trộn thêm với các thành phần cần thiết và đóng bao

Nếu thị trường có nhu cầu phân hữu cơ cao cấp, phân hữu cơ cơ bản sẽ được trộn với thành phần dinh dưỡng NPK và một số nguyên tố hoá học vi lượng hoặc một

số phụ gia kích thích sinh trưởng

Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ và ủ sinh học quy mô công nghiệp

(bên trong nhà máy)

Giải pháp xử lý rác thải sinh hoạt bằng phương pháp lên men hiếu khí để sản

xuất phân bón hữu cơ tổng hợp là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất vì:

- Loại trừ được 50 % lượng rác sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ là thành phần gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí

35

Rác tiếp tục đi qua hệ thống tuyển từ (hút sắt thép

và các kim loại khác) rồi lọt xuống sàng lồng

Phun chủng vi sinh ASC vào rác hữu cơ nhằm khử mùi hôi, làm chúng phân huỷ nhanh và diệt

Chất trơ

- Sử dụng lại được 50 % các chất hữu cơ có trong thành phần rác thải để chế biến làm phân bón phục vụ nông nghiệp theo hướng cân bằng sinh thái Hạn chế việc nhập khẩu phân hoá học để bảo vệ đất đai

- Tiết kiệm đất sử dụng làm bãi chôn lấp, tăng khả năng chống ô nhiễm môi trường Cải thiện điều kiện sống của cộng đồng

- Vận hành đơn giản, bảo trì dễ dàng Dễ kiểm soát chất lượng sản phẩm

- Giá thành tương đối thấp, có thể chấp nhận được

- Phân loại rác thải, sử dụng được các chất có thể tái chế như (kim loại màu, sắt thép, thuỷ tinh, nhựa, giấy, bìa ) phục vụ cho công nghiệp

Trong quá trình chuyển hoá, nước rác sẽ chảy ra, nước này sẽ được thu lại bằng một hệ thống rãnh xung quanh khu vực để đưa về một bể đặt ở cuối khu ủ rác Tại đây nước rác sẽ được bơm tưới vào rác ủ để bổ sung độ ẩm

Nhược điểm:

- Mức độ tự động của công nghệ chưa cao

- Việc phân loại chất thải vẫn phải thực hiện bằng phương pháp thủ công nên dễ gây ảnh hưởng đến sức khoẻ

- Nạp liệu thủ công, năng suất kém

- Phần tinh chế chất lượng kém do tự trang, tự chế

- Phần pha trộn và đóng bao thủ công, chất lượng không đều

Hình 2.6: Phân vi sinh được sản xuất từ rác sinh hoạt

* Một số quy trình sản xuất phân bón từ rác thải:

36

Rác tiếp tục đi qua hệ thống tuyển từ (hút sắt thép

và các kim loại khác) rồi lọt xuống sàng lồng

Phun chủng vi sinh ASC vào rác hữu cơ nhằm khử mùi hôi, làm chúng phân huỷ nhanh và diệt

Chất trơ

- Quy trình chung được trình bày trong sơ đồ hình 2.7.

Hình 2.7: Quy trình sản xuất phân bón dùng trong nông nghiệp

- Sơ đồ quy trình tổng thể xử lý rác thải Khu Công nghiệp Phố Nối, Hưng Yên

ở sơ đồ hình 2.8

Hình 2.8: Sơ đồ quy trình xử lý rác thải Khu Công nghiệp Phố Nối

2.1.3.2 Chất thải của ngành công nghiệp mía đường và các giải pháp xử lý

Ngành công nghiệp mía đường bên cạnh sản phẩm chính đó là đường, đã thải ra một lượng lớn các chất thải tồn đọng ở các dạng khác nhau về thành phần và tính chất hoá lý

Lá và ngọn mía: Là phế thải chính của những vùng trồng mía lá và ngọn mía

chiếm một khối lượng rất lớn 25 – 30 % tổng sản lượng của cây mía Trong lá mía có hàm lượng C = 40 – 47 %; H = 7 - 7,3 %; O = 40 - 41%; N = 1 – 2 % Thành phần hoá học của ngọn mía: N = 0,9 %; Hemixenluloza = 20 %; Xenluloza = 38 %; Lignin = 7,0

%; Silic = 1,8 % Trong lá và ngọn mía 3 thành phần chính là xenluloza, hemixenluloza, lignin tạo thành một cấu trúc bền đó là lignoxenluloza, cấu trúc này quyết định cơ bản cả tính chất hóa lý của lá và ngọn mía

Bã mía: Là chất thải của công đoạn ép mía, bã mía chiếm 25 – 30 % so với

lượng đem ép Có thành phần hóa học như sau: Xenluloza = 46 %; Hemixenluloza = 24,5 %; Lignin = 20 %; Chất béo = 3,4 % Tro = 2,4 % Silic =2,0 %

Bùn lọc: Là chất thải rắn của công đoạn làm trong nước mía thô sau khi ép mía,

có thành phần hoá học như sau: Chất béo = 5 – 14 %; Xơ = 15 - 30 % ; Đường = 5 –

15 %; SiO2 = 4 – 10 %; CaO = 1 – 4 %; P2O5 =1 – 3 %; MgO = 0,5 - 1,5 %

Một số nghiên cứu bước đầu về xử lý phế thải ngành mía đường:

đề này Nguyễn Xuân Thành, Nguyễn Đình Mạnh (2001) đã xử lý lá, ngọn mía được thu gom tại đồng ruộng bằng chế phẩm vi sinh vật, sau khi đã được xử lý đánh thành

Rác thu gom

Nhà tập kết (có hệ thống phun vi sinh khử mùi,

ozone diệt vi sinh vật độc hại)

Băng tải chuyển rác tới máy xé bông để phá vỡ mọi

loại bao bì

Rác tiếp tục đi qua hệ thống tuyển từ (hút sắt thép

và các kim loại khác) rồi lọt xuống sàng lồng

Phun chủng vi sinh ASC vào rác hữu cơ nhằm khử mùi hôi, làm chúng phân huỷ nhanh và diệt một số tác nhân độc

hại

Rác hữu cơ tới máy cắt

Buồng ủ trong thời gian

Chất thải mềm, dễ phân huỷ,

chuyển rác vô cơ (kể cả bao nhựa)

tới máy vò

Phế thải trơ và dẻo đi qua hệ

thống sấy khô và tách lọc bụi tro

Phân bón vi sinh

Giấy, bìa,nilon, chất dẻo…

Bán cho tái chế

Chế biến

đống ủ trên đồng ruộng thời gian ủ 45 - 60 ngày, đem bón lót cho cây mía Đây là phương pháp xử lý rất tiện lợi và cho hiệu quả kinh tế cao, được người trồng mía tán đồng.

• Xử lý bã mía:

Bã mía được thải ra trong khâu ép mía thô là chất thải chứa nhiều chất xơ nhất, rất khó phân giải, khối lượng thải lớn nhất và nhiều nhất của công đoạn làm đường Người ta thường dùng bã mía này làm chất đốt phục vụ cho khâu trưng cất đường, nhưng do khối lượng quá lớn đốt không hết phải thải ra môi trường Vài năm gần đây người ta đã sử dụng nguồn phế thải này để làm giá thể nuôi nấm ăn bằng cách trộn 1/2

- 1/3 bã mía với các hợp chất giàu hữu cơ để làm giá thể nuôi nấm Một số cơ sở sản xuất trộn bã mía với đất có bổ sung các chất dinh dưỡng để làm bầu ươm cây giống

Trường Đại học Nông nghiệp I năm 1999 - 2001 đã giúp một số nhà máy đường xử lý bã mía bằng công nghệ vi sinh vật, theo phương pháp ủ bán hảo khí Sau

2 tháng đem tái chế thành phân hữu cơ bón cho cây mía

Đây là phế thải cuối cùng của khâu lọc nước mía, khối lượng phế thải này không nhỏ Một số năm gần đây người ta dùng men vi sinh vật để phân huỷ những chất còn lại trong bùn mía và dùng những chủng vi sinh vật hữu ích có bổ sung lượng NPK làm phân hữu cơ vi sinh vật bón cho cây trồng Phương pháp này khá phổ biến hiện nay và được người nông dân chấp nhận với giá thành rẻ, cho hiệu quả khá cao trên đồng ruộng (hình 2.4)

• Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật đến quá trình phân giải phế thải trong đống ủ:

Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của vi sinh vật đến phế thải hữu cơ sau ủ cho thấy:

- Về pH: Cả 2 loại rác thải sinh hoạt và mùn mía đều có pH kiềm yếu (7,6 - 8,6) Trong quá trình ủ pH tăng chút ít, do hoạt động sống của vi sinh vật đã làm kiềm hóa môi trường (pH = 8,0 - 8,1)

Hình 2.9: Sơ đồ ủ phế thải hữu cơ thành phân hữu cơ sinh học

- Về độ ẩm: Đống ủ có độ ẩm sau 15 ngày ủ đạt 65 %, sau 2 tháng ủ giảm xuống chỉ còn 30 – 35 % Ở công thức xử lý chế phẩm vi sinh vật, độ ẩm luôn luôn cho cao hơn ở công thức đối chứng, nguyên nhân là do nhu cầu về nước cho hoạt động sống của vi sinh vật trong quá trình ủ

- Về nhiệt độ: Nhiệt độ đạt cực đại sau 15 ngày ủ, đạt 40 - 450C ở công thức đối chứng và 68 - 720C ở công thức có xử lý vi sinh vật Nhiệt độ giảm mạnh sau 2 tháng

ủ, chỉ còn 28 - 300C

- Về độ xốp: Độ xốp tăng dần theo thời gian ủ, ở công thức có xử lý VSV độ xốp luôn luôn cao hơn so với ở công thức đối chứng Nguyên nhân do quá trình phân giải chuyển hoá mạnh của vi sinh vật làm cho độ tơi xốp tăng, sau 2 tháng ủ độ xốp đạt

71 – 73 %

- Về các chỉ tiêu dinh dưỡng trong đống ủ: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đống ủ tăng dần theo thời gian ủ, nhất là các chất dinh dưỡng dễ tiêu ở công thức có xử lý vi sinh vật hàm lượng các chất dinh dưỡng luôn luôn cho cao hơn ở công thức đối chứng, ở đống ủ rác thải sinh hoạt có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn ở đống

ủ mùn mía Sau 2 tháng ủ cho thấy: OM = 26 – 27 %; P2O5 = 0,7 - 0,9 %; K2O = 0,5%;

P2O5 dễ tiêu = 250 – 400 mg/100g; K2O trao đổi = 110 - 130mg/100g

Bể nhân sinh khối (48giờ)

Đống ủ phế thải (độ ẩm 60 - 70%)

Ủ trong 8 tuầnKiểm tra chất lượngTái chế sau ủ (loại bỏ tạp chất, nghiền, điều chỉnh pH, bổ sung khoáng)

VSV hữu ích

Phân hữu cơ vi sinh

- Về mật độ VSV trong đống ủ: Ở công thức xử lý vi sinh vật cho số lượng của

5 nhóm vi sinh vật được phân tích luôn luôn cao hơn ở công thức đối chứng và đạt cao nhất sau 2 tháng ủ, trừ nấm tổng số đạt cực đạt chỉ sau 1 tháng ủ Cụ thể là: vi khuẩn tổng số đạt 87 - 98.107TB/1g; nấm tổng số đạt 67 - 75.106 bào tử/1g; xạ khuẩn đạt 15 - 22.104TB/1g

2.1.3.3 Phế thải từ chế biến cà phê và các giải pháp xử lý

Từ những năm 80 trở lại đây, trên thế giới, nhất là ở những nước sản xuất cà phê xuất khẩu, việc nghiên cứu các biện pháp sinh học để xử lý phế thải cà phê được nhiều người quan tâm Theo số liệu của Hajipakkos cho thấy nước thải từ các nhà máy chế biến cà phê có hàm lượng BOD và COD rất cao (tương ứng 3.000 kg/ngày và 4.000 mg/lít, đôi khi có thể cao hơn 9.000 mg/lít ) Chất rắn lơ lửng là 1.500 mg/lít, gấp 3 lần hàm lượng cho phép, ngoài ra còn có các chất dầu, mỡ với nồng độ cao gấp

2 lần bình thường

Các nhà khoa học đã dùng một số chủng vi sinh vật yếm khí có khả năng phân giải vỏ cà phế (các chất xenluloza, Lignin…) Như giống nấm Chladomyces, Penicilium, Trichderma, Fusariumoxysporium Vikhuẩn: Sporocytophaga Methanogenes, Rudbeckia hirta L để xử lý đống ủ vỏ cà phê Kết quả cho rất khả quan, sau 2 - 3 tháng ủ tỷ lệ xenluloza trong vỏ cà phê giảm 60 – 80 % so với đống ủ đối chứng

Ở Việt Nam có trên 350.000 ha cà phê và sản lượng cà phê trung bình là 3,00 tấn nhân khô/năm với lượng vỏ cà phê khô khoảng 200.000 tấn/năm, mà thành phần của nó chủ yếu là ligno- celluloza, một hợp chất rất khó phân giải trong điều kiện tự nhiên Những năm qua người ta đã dùng một phần vỏ cà phê để làm giá thể nuôi trồng nấm ăn, nhưng còn phần rất lớn vỏ cà phê được đổ vào môi trường gây ô nhiễm mạnh Hiện nay các nhà khoa học đang thử nghiệm xử lý phế thải này bằng công nghệ vi sinh vật và tái chế thành phân hữu cơ bón cho cây trồng

Một số kết quả bước đầu về xử lý phế thải vỏ cà phê bằng vi sinh vật:

Phế thải cà phê được xử lý theo 3 kiểu:

1 Ủ thành đống lớn không có vách ngăn ở ngoài trời, phun chế phẩm vi sinh vật

2 Xử lý trong các hố ủ có vách ngăn ở trong nhà, phun chế phẩm vi sinh vật

3 Đối chứng: Để tự nhiên ngoài trời không phun chế phẩm vi sinh vật

Kết quả cho thấy:

Ở trường hợp 1 ủ ngoài trời sau 4 tháng quá trình mùn hóa được 80 %

Ở trường hợp 2 ủ trong nhà sau 3 tháng quá trình mùn hoá được 80 %

Ở trường hợp 3 để tự nhiên ngoài trời sau 1 năm quá trình mùn hoá mới đạt được 80 %

Tái chế phế thải sau xử lý làm phân bón cho cây trồng: