Nghiên cứu đặc tính của một số loại bùn thải và phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt nhằm tái sử dụng bùn thải làm phân bón hữu cơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Hoàng Thị Mỹ Hằng NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI BÙN THẢI VÀ PHÂN LẬP CÁC CHỦNG VI KHUẨN ƯA NHIỆT NHẰM TÁI SỬ DỤNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Hoàng Thị Mỹ Hằng

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI BÙN THẢI VÀ PHÂN LẬP

CÁC CHỦNG VI KHUẨN ƯA NHIỆT NHẰM TÁI SỬ DỤNG

BÙN THẢI LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Hoàng Thị Mỹ Hằng

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI BÙN THẢI VÀ PHÂN LẬP

CÁC CHỦNG VI KHUẨN ƯA NHIỆT NHẰM TÁI SỬ DỤNG

BÙN THẢI LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Ngô Thị Tường Châu

Hà Nội – Năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo hướng dẫn luận văn của tôi, PGS

TS Ngô Thị Tường Châu, người đã tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này Trong suốt quá trình nghiên cứu, cô đã kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi rất nhiều Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinh nghiệm của cô chính là tiền đề giúp tôi có được những tiến bộ và kiến thức quý báu Xin cám ơn Bộ môn Thổ Nhưỡng – Môi trường đất, Khoa Môi trường, Phòng Đào tạo, Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi làm việc để tiến hành tốt luận văn Luận văn này của tôi được sự tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số: 106-NN.04-2014.53, vì vậy tôi xin cảm ơn Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đã giúp đỡ tôi thực hiện nghiên cứu này Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ và động viên tôi những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên

Hoàng Thị Mỹ Hằng

MỤC LỤC

BẢNG CHÚ THÍCH CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 3

3 Nội dung nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan về bùn thải 5

1.1.1 Khái niệm bùn thải 5

1.1.2 Đặc điểm bùn thải 5

1.1.3 Hiện trạng thải bỏ bùn thải 6

1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn thải 8

1.2 Tổng quan về các chủng vi sinh vật ưa nhiệt 9

1.2.1 Vi sinh vật ưa nhiệt 9

1.2.2 Vi sinh vật ưa nhiệt và vai trò trong ủ phân hữu cơ 11

1.2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt trong tái sử dụng bùn thải làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp 15

1.3 Tổng quan về phân bón hữu 24

1.3.1 Khái niệm 24

1.3.2 Phân loại 24

1.4 Tổng quan về 3 nhà máy lấy mẫu bùn thải 26

1.4.1 Tổng quan công ty giấy Bãi Bằng 26

1.4.2 Tổng quan CTCP mía đường Hòa Bình 27

1.4.3 Tổng quan nhà máy sản xuất tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế 28

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Đối tượng nghiên cứu 29

2.1.1 Các mẫu bùn thải 29

2.1.2 Các chủng vi khuẩn ưa nhiệt 29

2.2 Phương pháp nghiên cứu 29

2.2.1 Phương pháp thu mẫu, xử lý và bảo quản mẫu 29

2.2.2 Xác định các đặc tính lý, hóa của mẫu bùn thải 32

2.2.3 Xác định tính chất sinh học của mẫu bùn thải 37

2.2.4 Phương pháp phân lập các chủng vi sinh vật ưa nhiệt từ bùn thải 43

2.2.5 Phương pháp tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có hoạt lực phân hủy chất hữu cơ cao từ các chủng được phân lập 44

2.2.6 Phương pháp kiểm tra tính đối kháng giữa các chủng vi khuẩn ưa nhiệt 45

2.2.7 Phương pháp đánh giá khả năng phân giải bùn của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt đã tuyển chọn 45

2.2.8 Phương pháp định danh vi khuẩn 46

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 Đặc tính của một số loại bùn thải 47

3.2 Phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt 53

3.3 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữa cơ cao 54

3.3.1 Tuyển chọn chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao từ bùn thải nhà máy giấy Bãi Bằng 54

3.3.2 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao từ các chủng đã phân lập của bùn thải Công ty Cổ phần mía đường Hòa Bình 56 3.3.3 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế 57

3.3.4 Khả năng đối kháng giữa các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được tuyển chọn 59

3.4 Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt đã tuyển chọn 60

3.4.1 Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải từ nhà máy giấy Bãi Bằng của chủng vi khuẩn GW4 60

3.4.2 Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải từ CTCP mía đường Hòa Bình của

chủng vi khuẩn M5X2 62

3.4.3 Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải nhà máy tinh bột sắn Fococev Thừa Thiên Huế của chủng vi khuẩn V18 63

3.3.4 Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải của tập hợp các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được tuyển chọn 64

3 5 Định danh các chủng vi khuẩn được tuyển chọn 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

1 Kết luận 68

2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 73

BOD Nhu cầu oxy sinh học

COD Nhu cầu oxyhóa học

EPA Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa kỳ

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

WHO Tổ chức Y tế thế giới

CFU Colony Forming Unit (đơn vị hình thành khuẩn lạc) MPN Most Probable Number (số lượng có xác suất lớn nhất) CMC Carboxymethyl cellulose

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Thành phần một số nguyên tố chủ yếu trong tế bào một số nhóm vi sinh vật

(% trọng lượng khô) [8] 11

Bảng 2: Đặc tính lý, hóa và sinh học của bùn thải ở 3 nhà máy 47

Bảng 3: So sánh hàm lượng một số kim loại nặng có trong mẫu bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế với QCVN 50:2013/BTNMT 53

Bảng 4: Khả năng phân hủy tinh bột của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế 57

Bảng 5 Khả năng phân hủy casein của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế 58

Bảng 6 Khả năng phân hủy CMC của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế 58

Bảng 7 Khả năng phân hủy bùn thải của chủng vi khuẩn ưa nhiệt GW4 60

Bảng 8 Khả năng phân hủy bùn thải của chủng vi khuẩn M5X2 62

Bảng 9: Khả năng phân hủy bùn thải của chủng vi khuẩn V18 63

Bảng 10: Khả năng phân hủy bùn thải của tập hợp các chủng vi khuẩn 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Các phương pháp xử lý bùn thải 8

Hình 2.Chủng vi sinh vật Bacillus stearothermophilus 10

Hình 3:Phạm vi nhiệt độ sinh trưởng của vi sinh vật 11

Hình 4: Sơ đồ quy trình sản xuất đường của CTCP mía đường Hòa Bình 30

Hình 5: Sơ đồ hệ thống xử lý chất thải của CTCP mía đường Hòa Bình 31

Hình 6: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế 31

Hình 7 Hình thái một số chủng vi khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ các mẫu bùn thải 54

Hình 8: Hoạt tính phân hủy cellulose của chủng vi khuẩn GV6 55

Hình 9 Hoạt tính phân hủy tinh bột của chủng vi khuẩn GW4 55

Hình 10 Hoạt tính phân hủy protein của chủng vi khuẩn GW4 56

Hình 11 Khả năng phân huỷ cenlulose, tinh bột, protein (từ trái sang) của chủng vi khuẩn M5X1 56

Hình 12 Vạch phân hủy tinh bột của các chủng vi khuẩn V18 57

Hình 13 Vạch phân giải protein của các chủng vi khuẩn V18 58

Hình 14 Vạch phân giải CMC của các chủng vi khuẩn V18 và V24 59

Hình 15 Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian giữa mẫu bùn thí nghiệm được bổ sung chủng vi khuẩn GW4 và mẫu bùn đối chứng (ĐC) 61

Hình 16 Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian giữa mẫu bùn thí nghiệm được bổ sung chủng vi khuẩn M5X2 và mẫu bùn đối chứng (ĐC) 62

Hình 17: Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian giữa mẫu bùn thí nghiệm được bổ sung chủng vi khuẩn V18 và mẫu bùn đối chứng (ĐC) 63

Hình 18: Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian giữa mẫu bùn thí nghiệm được bổ sung tập hợp các chủng vi khuẩn và mẫu bùn đối chứng 64

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế và xã hội, bùn thải đang trở thành một gánh nặng không chỉ cho Việt Nam mà ngay cả ở các nước có nền kinh

tế, khoa học kỹ thuật tiên tiến trên thế giới Ở Việt Nam, bùn thải chủ yếu được xử

lý bằng cách ép loại nước, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp Tuy nhiên việc đổ bỏ, chôn lấp bùn thải đã và đang gây ra sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và lãng phí tài nguyên

Bùn thải có thể là một nguồn tài nguyên có giá trị nếu được tái sử dụng làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp Các lợi ích chính của việc ứng dụng bùn là: (i) cung cấp các chất dinh dưỡng đa lượng (N, P, K), các nguyên tố trung lượng (Ca, Mg, S)

và vi lượng thiết yếu (Zn, Cu, Mo, Mn…) cho cây trồng; và (ii) cải thiện tính chất vật lý của đất (cấu trúc đất tốt hơn, tăng khả năng giữ nước, cải thiện đặc tính dẫn truyền nước của đất), tính chất hóa học và sinh học đất Tuy nhiên sự có mặt của các yếu tố độc hại như kim loại nặng và các mầm bệnh trong thành phần một số loại bùn thải có thể ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng chúng

Trên thực tế, bùn thải thường chứa các hàm lượng khác nhau của các kim loại nặng như Pb, Cd, Hg, Ni, Zn, Cu, Cr mà có thể được hấp thụ bởi cây trồng phát triển trên đất được bón bùn thải Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu trên thế giới đã xác nhận sự có mặt với một mật độ cao của ký sinh trùng động vật và vi khuẩn gây bệnh trong một số loại bùn thải thô Do kích thước lớn và mật độ cao, trứng giun ký sinh

có trong nước thải sẽ kết lắng và tập trung tại bùn thải Vì vậy việc sử dụng bùn thải trong nông nghiệp có thể nhiễm vào đất 6.000-12.000 trứng giun ký sinh/m2/năm Loại trứng này có thể tồn tại trong đất đến 5 năm hay lâu hơn [13] Sán dây bò

(Taenia saginata), với vật chủ trung gian là trâu bò và vật chủ cuối cùng là con

người, cũng có thể lây nhiễm vào trâu bò khi chăn thả trên đồng cỏ được bón bùn thải Trứng sán dây có thể tồn tại trên trên đồng cỏ được bón bùn thải trong cả năm

[30] Bên cạnh đó vi khuẩn Salmonella trong bùn thải có thể sống trên đồng cỏ vài

tuần sau khi bón bùn thải Trong một báo cáo của WHO (1981) về nguy cơ đối với

sức khỏe của vi sinh vật trong bùn thải khi bón vào đất đã xác định Salmonella và Taenia là các đối tượng được quan tâm lớn nhất Ngoài ra, do kim loại nặng được

tập trung ở bùn trong quá trình xử lý, các vi khuẩn sống sót trong bùn có khả năng kháng nhiễm độc kim loại nặng Đồng thời các vi khuẩn này cũng đã thể hiện khả năng kháng nhiều loại thuốc kháng sinh Vì vậy các vi khuẩn đa kháng này có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn nếu việc sử dụng bùn thải trong nông nghiệp trở nên phổ biến [26]

Ủ hiếu khí là một quá trình chuyển các chất thải hữu cơ thành một vật liệu giống như mùn có thể được sử dụng làm phân bón Trong quá trình ủ bùn, cần thiết phải

bổ sung một tác nhân tạo đống ủ (bulking agent) vào bùn bởi nó hấp thụ độ ẩm, làm tăng độ thoáng và thêm một nguồn carbon vào bùn Thông thường, các chất thải nông nghiệp được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình này Tuy nhiên ngày nay cùng với việc nâng cấp và xây dựng các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt và sự tăng đồng thời về số lượng bùn thải được tạo ra, ủ hiếu khí bùn thải chất lượng tốt cho sử dụng trong nông nghiệp đã dành được sự quan tâm đặc biệt và triển vọng nghiên cứu rất cao

Trên thực tế, quá trình ủ hiếu khí bùn thải càng ngày được quan tâm bởi nhiều quốc gia trên thế giới bởi có một số thuận lợi hơn so với các chiến lược thải bỏ khác [38] Thứ nhất, thể tích của vật liệu hữu cơ giảm gần 30-50% trong suốt quá trình ủ hiếu khí [14] Thứ hai, tác nhân gây bệnh có thể bị tiêu diệt do nhiệt được tạo ra trong suốt pha ưa nhiệt [34] Hơn thế nữa, phân compost chín cũng chứa các hóa chất hữu cơ tự nhiên và vi sinh vật hữu ích có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật gây bệnh [16] Cuối cùng, phân compost có thể được sử dụng như là một chất cải tạo đất bởi nhiều chất hữu cơ có lợi đã được phát hiện trong bùn [38] Giới hạn của việc ứng dụng phân compost bùn thải là hàm lượng kim loại có thể cao do hàm lượng kim loại của bùn thô và mức độ pha loãng bởi tác nhân tạo đống

ủ trong suốt quá trình ủ hiếu khí Chính sự hấp thụ kim loại nặng bởi thực vật và sự tích lũy thành công trong mô người cũng như sự khuếch đại sinh học thông qua

chuỗi thức ăn đã ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường [35] Tuy nhiên, kim loại nặng từ phân compost có thể được giảm bởi thêm một số hóa chất và tác nhân sinh học trong suốt quá trình ủ hiếu khí Trong pha ưa nhiệt, quá trình oxy hóa

và hình thành các phức hợp hữu cơ - kim loại (organo-metallic complexes) xảy ra

có thể làm giảm hàm lượng các kim loại hòa tan Các chất mùn cũng có thể gắn với

các phần kim loại trao đổi [21] Các tác nhân sinh học như Phanerochaete chrysosporium có thể tích lũy các ion kim loại trong tế bào của chúng bằng sự hấp

thu nội bào và cũng có thể tạo phức (chelate) các ion kim loại bằng gốc carboxyl, hydroxyl hoặc các nhóm chức năng hoạt động khác trên bề mặt vách tế bào (kể cả tế bào chết) [38] Vi khuẩn cũng có thể làm giảm hàm lượng kim loại trao đổi trong compost bằng cách chiết xuất một tác nhân tạo phức (chelating agent) được gọi là siderophore Siderophore là các ligand đặc hiệu Fe (III) và có thể kết gắn với các kim loại khác, như Mg, Mn, Cr (III), Ga (III) và các nguyên tố phóng xạ khác như

là plutonium (IV) Siderophore gắn với các kim loại kể cả các kim loại độc như Pb

và Cd [24] giúp giữ kim loại nặng khỏi chuỗi thức ăn

Mặt khác, trong quá trình ủ hiếu khí bùn thải, sinh khối đống ủ sẽ trở nên nóng đến khoảng nhiệt độ khử trùng Pasteur từ 55 đến 70oC, dẫn đến tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và ký sinh trùng đường ruột Nhiệt lượng này được sinh ra liên quan trực tiếp đến sự phân hủy sinh học các cơ chất hữu cơ của vi sinh vật ưa nhiệt cao trong đống ủ

Với ý nghĩa đó, trong phạm vi luận văn này, chúng tôi nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu đặc tính của một số loại bùn thải và phân lập các chủng vi khuẩn

ưa nhiệt nhằm tái sử dụng bùn thải làm phân bón hữu cơ” Hy vọng những kết

quả đạt được sẽ góp phần tái sử dụng hiệu quả bùn thải làm nguyên liệu cho quá trình ủ hiếu khí để sản xuất phân hữu cơ phục vụ cho nông nghiệp Đồng thời góp phần giảm thiểu lượng bùn thải, hạn chế tác động tiêu cực đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng

2 Mục tiêu của đề tài

- Xác định được đặc tính lý, hóa và sinh học của một số loại bùn thải làm cơ sở khoa học cho việc tái sử dụng an toàn và hiệu quả bùn thải sản xuất phân bón hữu

cơ

- Tạo được một tập hợp giống vi khuẩn bản địa ưa nhiệt có khả năng phân hủy hiếu khí bùn thải để sản xuất phân bón hữu cơ chất lượng cao

3 Nội dung nghiên cứu

 Xác định các đặc tính lý, hóa và sinh học của một số loại bùn thải: pH, độ

ẩm, TOC, TP, TN, N-NH4, Ca, Mg, Zn, Pb, Cd, Cu, Cr, Ni, Hg, vi khuẩn tổng số, E.coli, Salmonella, ký sinh trùng đường ruột của bùn thải

 Phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt từ các loại bùn thải trên

 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt từ các chủng vi khuẩn đã phân lập

 Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được tuyển chọn

 Định danh các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được tuyển chọn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về bùn thải

1.1.1 Khái niệm bùn thải

Bùn thải nói chung là sản phẩm sau cùng của một quá trình xử lý nước thải, là một hỗn hợp nhớt (hay bán rắn) chứa hỗn hợp chất hữu cơ, vi sinh vật, kim loại độc hại, hóa chất tổng hợp…

1.1.2 Đặc điểm bùn thải

Nghiên cứu đặc tính của bùn thải và nhận thấy bùn thải có chứa hàm lượng nước đáng kể lên tới 99% đối với bùn thô; hàm lượng cao của chất hữu cơ có thể được phân hủy sinh học, đạt đến 75% chất khô; hàm lượng cao của các thành phần làm giàu cho đất (đạm lên đến 8,75% chất khô, P lên đến 8,28% chất khô, K lên đến 0,8% chất khô, Ca lên đến 8,11% chất khô và Mg lên đến 0,72% chất khô); hàm lượng khác nhau của các kim loại nặng (Pb, Cd, Hg, Ni, Zn, Cu, Cr), hàm lượng cao nhất được phát hiện trong chất thải từ các nhà máy xử lý nước thải ở các thành phố công nghiệp nặng;và hàm lượng nhỏ các chất hữu cơ độc hại (PAH, các hợp chất clo - PCB)

Bên cạnh đó là một mật độ cao các ký sinh trùng động vật và vi khuẩn gây bệnh trong một số loại bùn thải thô Do kích thước lớn và mật độ cao, trứng giun ký sinh

có trong nước thải sẽ kết lắng và tập trung tại bùn thải Vì vậy việc sử dụng bùn thải trong nông nghiệp có thể nhiễm vào đất 6.000-12.000 trứng giun ký sinh/m2/năm Loại trứng này có thể tồn tại trong đất đến 5 năm hay lâu hơn [13] Sán dây bò

(Taenia saginata), với vật chủ trung gian là trâu bò và vật chủ cuối cùng là con

người, cũng có thể lây nhiễm vào trâu bò khi chăn thả trên đồng cỏ được bón bùn thải Trứng sán dây có thể tồn tại trên trên đồng cỏ được bón bùn thải trong cả năm

[30] Bên cạnh đó vi khuẩn Salmonella trong bùn thải có thể sống trên đồng cỏ vài

tuần sau khi bón bùn thải

Trong một báo cáo của WHO (1981) về nguy cơ đối với sức khỏe của vi sinh vật

trong bùn thải khi bón vào đất đã xác định Salmonella và Taenia là các đối tượng

được quan tâm lớn nhất Ngoài ra, do kim loại nặng được tập trung ở bùn trong quá trình xử lý, các vi khuẩn sống sót trong bùn có khả năng kháng nhiễm độc kim loại nặng Đồng thời các vi khuẩn này cũng đã thể hiện khả năng kháng nhiều loại thuốc kháng sinh Vì vậy các vi khuẩn đa kháng này có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn nếu việc sử dụng bùn thải trong nông nghiệp trở nên phổ biến [26]

Tuy vậy, các đặc tính của bùn thải thay đổi và phụ thuộc vào loại nước thải và phương pháp xử lý nước thải Đối với bùn thải từ nhà máy chế biến tinh bột sắn, với đặc trưng của bùn thải nhóm nông sản, thường có độ ô nhiễm hữu cơ cao, ít các thành phần kim loại nặng, các hóa chất độc hại…Với nguyên liệu là củ sắn tươi, trong quá trình sản xuất và chế biến, thành phần bùn thải sau khi xử lý chủ yếu là các thành phần hữu cơ như tinh bột, protein, cellulose, đường,… Ngoài ra, nhóm bùn thải nông sản nói chung hay bùn sắn nói riêng thường thể hiện một số thông số đặc trưng qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), hay tổng chất rắn lơ lửng (TSS) rất cao, chất dinh dưỡng chứa nitơ, photpho, các chỉ số nhu cầu oxy sinh học (BOD), nhu cầu oxy sinh hóa học (COD) cũng đều rất cao Đối với bùn thải của nhà máy giấy, bùn thải được tách ra từ quá trình xử lý tập trung các dòng nước thải thu gom được trong dây chuyền sản xuất của nhà máy gồm: (i) bùn sơ cấp (chủ yếu là xơ sợi thải), (ii) bùn thứ cấp chứa vi sinh

Trong khi bùn thải của nhà máy mía đường nói chung gồm có: sáp thô và chất béo, đường tan, chất xơ, protein, tro tổng số và các chất khác…

1.1.3 Hiện trạng thải bỏ bùn thải

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiệp chế biến nông sản, vấn đề quản lý chất thải từ các ngành này đang là một mối quan tâm lớn Trên thực tế, ở nước ta, có rất nhiều các công trình nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải, nhiều trạm xử lý nước thải đã được xây dựng và đi vào hoạt động để xử lý nước cấp, nước thải cho các nhà máy chế biến nông sản Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ tập trung quan tâm đến vấn đề xử lý nước mà vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về xử lý bùn thải cho các trạm xử lý trên

Bùn thải sau khi xử lý phần lớn được thu gom và chuyển đến các bãi chôn lấp hoặc dùng làm phân bón cho nông nghiệp Bên cạnh đó, trong quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, có khoảng 30 - 40% các chất hữu cơ được chuyển thành dạng bùn, nếu không có biện pháp xử lý thích hợp sẽ gây ra tái ô nhiễm môi trường Tại Tp Hồ Chí Minh, tổng khối khối lượng bùn thải ước tính từ 3.000 – 4.000

m3/ngày đêm (tương đương từ 5.000 - 6.000 tấn/ngày đêm) Bùn thải các loại trên thường đổ xả để có chi phí thấp nhất Ước tính chi phí xử lý các loại bùn trên khoảng 300.000 đồng/tấn và trên dưới 1.000 tỉ đồng/năm, thậm chí còn cao hơn Dự báo đến năm 2015 số lượng bùn thải sẽ tăng lên khoảng 3 triệu tấn/tháng, năm 2020

sẽ không dưới 4 triệu tấn/tháng Trong đó, bùn thải nguy hại hiện nay có khoảng

250 - 300 tấn/ngày, chưa kể đến bùn thải từ các tỉnh lân cận đưa về thành phố để xử

lý từ 150 - 200 tấn/ngày Tp Hồ Chí Minh đã từng thực hiện dự án xây dựng nhà máy xử lý bùn Bình Hưng Hòa và Bình Hưng nhằm mục đích xử lý bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt/đô thị để tái chế thành phân hữu cơ Tuy nhiên, công nghệ áp dụng tại nhà máy này vẫn chưa thực sự tối ưu, bùn sau khi xử lý vẫn còn rất nặng mùi và ảnh hưởng đến môi trường

Tại Hà Nội, bên cạnh việc xả thẳng bùn thải ra các bãi đất trống, tình trạng xả chất thải xuống các dòng sông cũng diễn ra nghiêm trọng không kém Do lượng nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp xả trực tiếp không đủ làm lưu thông dòng chảy, nên chất thải hữu cơ đổ xuống sông đều lắng tại chỗ, gây ô nhiễm, khiến cho cả bốn con sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét trở nên ô nhiễm nghiêm trọng Bên cạnh đó, khi tiến hành nạo vét sông, khối lượng bùn thải khổng lồ này lại được

đổ trực tiếp tại các bãi đổ ở ngoại thành mà chưa qua quá trình loại bỏ chất độc hại, tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm không khí, nguồn nước… Ngoài ra, hiện nay, bùn thải sau khi thu gom cũng được vận chuyển đến đổ bỏ tại các khu đất trống cách xa khu dân

cư hoặc tại các ao nuôi thủy sản cần được san lấp, thậm chí đổ vào bất cứ khu vực nào có thể Chính việc đổ bùn thải tràn lan và hoàn toàn không được xử lý như hiện nay sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường, đặc biệt là tích tụ các kim loại gây tình trạng mất vệ sinh, mùi hôi thối Nghiêm trọng hơn, bùn thải đang gây ra những ảnh

hưởng nặng nề do được đổ bỏ, chôn lấp không có lớp lót chống thấm nên các chất ô nhiễm thấm xuống các mạch nước ngầm và nước mặt Vấn đề thiếu bãi đổ bùn thải tại Hà Nội cũng rất nan giải, hiện tại chỉ có bãi rác thải Nam Sơn - Sóc Sơn mới có khả năng xử lý bùn thải công nghiệp Nếu cứ giải quyết bùn thải bằng cách tận dụng các bãi đất trống để đổ bùn tạm thì nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất cao và cũng không có diện tích mặt bằng đủ lớn để chứa bùn thải

1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn thải

Ngày nay, trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý bùn thải và tận dụng bùn thải vào các mục đích khác nhau như sản xuất phân bón vi sinh, tạo ra năng lượng (biogas, điện, nhiệt…) hay vật liệu xây dựng… (hình 1)

Hình 1: Các phương pháp xử lý bùn thải

- Phương pháp chôn lấp: trong các phương pháp xử lý chất thải rắn, chôn lấp là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất Phương pháp này áp dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới Thực chất, chôn lấp là phương pháp lưu giữ chất thải trong một bãi và có phủ đất lên trên Trước kia bùn thải sinh học thường được xử

lý bằng phương pháp chôn lấp, tuy nhiên biện pháp xử lý này vừa lãng phí nguồn nguyên liệu (hàm lượng chất hữu cơ trong bùn cao), tốn diện tích đồng thời vẫn là nguồn gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tầng nước ngầm Ngày nay, các nhà khoa học đang nỗ lực để nghiên cứu xử lý bùn thải sinh học theo hướng tái chế bùn thải sinh học tạo ra các sản phẩm hữu ích, thân thiện môi trường phục vụ cho các mục đích khác nhau của con người

- Phương pháp thiêu đốt: phương pháp này là nguyên nhân gây ô niễm không khí

- Đổ bỏ bùn thải vào đại dương: phương pháp này có thể tạo ra các đại dương chết

- Khí hóa: là phương pháp sử dụng bùn thải tại các nhà máy khí hóa sinh khối, chuyển đổi bùn thải thành khí tổng hợp Ưu điểm của phương pháp này là khi năng lượng được tái tạo, bùn thải có thể được tích tụ vào hệ thống xử lý nước thải làm cho các nhà máy xử lý nước thải trở thành mạng lưới xuất khẩu năng lượng tái tạo thay vì sử dụng điện năng từ các nhà máy cung cấp điện như hiện nay

- Ủ hiếu khí bùn thải nhằm tái sử dụng bùn thải làm phân bón

1.2 Tổng quan về các chủng vi sinh vật ưa nhiệt

1.2.1 Vi sinh vật ưa nhiệt

 Khái niệm

- Vi sinh vật ưa nhiệt (Thermophile): Là vi sinh vật có thể sinh trưởng ở nhiệt độ

550C hoặc cao hơn, nhiệt độ thích hợp nhất thường là giữa 55 và 650C Thành phần chủ yếu của nhóm này là vi khuẩn (chủ yếu là xạ khuẩn), một ít tảo và nấm Chúng phát triển trong đống phân chuổng ủ, dưới đáy các cột rơm rạ hay cỏ khô, trong đường dẫn nước nóng, trong các suối nước nóng Vi sinh vật ưa nóng khác với vi sinh vật ưa ấm ở chỗ chúng có hệ thống tổng hợp enzyme và protein bền nhiệt (heat-stable) và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao Màng sinh học của chúng có lipid bão hòa ở mức cao, có điểm sôi cao hơn và vì vậy vẫn giữ được nguyên vẹn ở nhiệt

độ cao Điển hình là các chủng Bacillus stearothermophilus, Thermus aquaticus, Cyanidium caldarium, Chaetomium thermophile

- Có một số ít các vi sinh vật ưa nhiệt có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 900C hay cao hơn Nhiệt độ sinh trưởng cao nhất là 100 0C Người ta xếp các vi sinh vật có nhiệt

độ sinh trưởng tốt nhất ở 80-1130C vào nhóm Vi sinh vật siêu ưa nhiệt

(Hyperthermophiles) Chúng thường không thể sinh trưởng bình thường ở nhiệt độ

thấp hơn 550C Vi khuẩn Pyrococcus abyssi và Pyrodictium occultum là ví dụ về

những vi sinh vật ưa siêu nhiệt được tìm thấy ở những đáy biển nóng [2]

Hình 2.Chủng vi sinh vật Bacillus stearothermophilus

(Nguồn: microbewiki.kenyon.edu)

 Đặc điểm của vi sinh vật ưa nhiệt

Là vi sinh vật nên vi sinh vật ưa nhiệt cũng mang những đặc điểm chung của các

vi sinh vật như: kích thước nhỏ (cỡ hiển vi), diện tích bề mặt/thể tích cơ thể lớn, đơn bào,…

Thành phần chủ yếu của nhóm này là vi khuẩn (ví dụ như Synechococus eximius, Bacillus stearothermophilus,…), xạ khuẩn, một số ít là tảo và nấm

Bảng 1: Thành phần một số nguyên tố chủ yếu trong tế bào một số nhóm vi sinh vật

Bên cạnh đó, vi sinh vật ưa nhiệt còn có những đặc điểm riêng như: [8]

+ Sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 53 – 65oC

+ Ổ sinh thái có nhiệt độ cao như: đống phân chuồng ủ, đáy đống rơm rạ hay cỏ khô, trong đường ống nước nóng, suối nước nóng,…

+ Hệ thống tổng hợp enzyme và protein bền nhiệt

+ Màng sinh học có lipit bão hòa ở mức cao, có điểm sôi cao

Hình 3:Phạm vi nhiệt độ sinh trưởng của vi sinh vật 1.2.2 Vi sinh vật ưa nhiệt và vai trò trong ủ phân hữu cơ

a Vai trò của vi sinh vật ưa nhiệt trong các pha (phase) của quá trình ủ phân hữu cơ

Quá trình ủ phân compost nhiệt trải qua 4 pha (phase):

- Pha ưa nhiệt trung bình (Mesophilic phase): Pha này là giai đoạn chiếm ưu thế

của các nhóm vi sinh vật ưa nhiệt trung bình, chúng sẽ phân huỷ các chất dễ hoà tan Nhiệt mà chúng sản xuất ra là nguyên nhân làm cho nhiệt độ của đống ủ tăng lên nhanh chóng Ở pha này nhiệt độ tăng đến 42oC Thời gian kéo dài từ khi bắt đầu ủ cho đến sau khoảng vài ba ngày

- Pha ưa nhiệt cao (Thermophilic phase): Khi nhiệt độ tăng trên 40oC, những nhóm vi sinh vật ưa nhiệt trung bình sẽ mất dần tính cạnh tranh và được thay vào đó bởi nhóm vi sinh vật ưa nhiệt cao hay còn gọi là vi sinh vật ưa nhiệt Khi nhiệt độ đạt đến 55oC và có thể lên đến 65oC, nhiều vi sinh vật gây hại cho người và cây trồng sẽ bị chết Bởi vì nhiệt độ vượt quá 65oC sẽ giết chết nhiều nhóm vi khuẩn và quá trình phân huỷ cũng bị giới hạn Vì vậy chúng ta phải sử dụng các biện pháp như thông khí, đảo trộn để giữ nhiệt độ luôn ở mức này Trong suốt pha nhiệt, nhiệt

độ cao sẽ giúp cho các vi sinh vật phân huỷ các hợp chất protein, lipid và các carbohydrate phức tạp như cellulose và hemicellulose- là thành phần cấu trúc chính của tế bào thực vật Thời gian có thể kéo dài đến vài tháng

- Pha lạnh (Cooling phase): Khi những hợp chất cung cấp năng lượng đó giảm,

nhiệt độ của đống ủ cũng sẽ giảm và các vi sinh vật ưa nhiệt trung bình lại một lần nữa quay trở lại chiếm ưu thế

- Pha chín (Maturing phase): Phân hữu cơ chín được sản xuất tại pha này với sự

tiếp tục giảm nhiệt độ xuống đến nhiệt độ môi trường xung quanh Hoạt động vi sinh vật rất thấp với sự hình thành tiếp tục của chất mùn và sự ổn định xảy ra [7]

b Thành phần và vai trò của vi sinh vật ưa nhiệt trong đống ủ

 Vi khuẩn (Bacteria): Vi khuẩn được xem là những dạng sống có kích thước

cơ thể nhỏ nhất và chiếm số lượng đông đảo trong đống ủ (80-90% với hàng tỷ cơ thể vi sinh vật đã được tìm thấy trong 1g phân) Vi khuẩn chịu trách nhiệm trong hầu hết quá trình phân huỷ và phát sinh nhiệt của quá trình ủ Chúng làm thay đổi lớn nhất các chất dinh dưỡng trong các nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trình ủ,

sử dụng một phổ rộng các enzyme để cắt đứt các liên kết hoá học của các vật liệu hữu cơ Các vi khuẩn đơn bào với các dạng hình que (trực khuẩn), hình cầu (cầu

khuẩn) và hình xoắn (xoắn khuẩn) Nhiều loại có thể tự di chuyển Ngay khi bắt đầu quá trình phân huỷ, các vi khuẩn ưa nhiệt trung bình chiếm ưu thế Hầu hết các dnạg này có thể tìm thấy ở các lớp đất bề mặt Khi nhiệt độ đống ủ vượt quá 40oC, các sinh vật ưa nhiệt bắt đầu tiếp quản quá trình Các quần thể vi sinh vật trong suốt giai đoạn này chiếm ưu thế bởi nhóm trực khuẩn Tính đa dạng của các loài khuẩn hình là rất cao ở nhiệt độ từ 50-55oC nhưng suy giảm một cách đột ngột tại 60oC hoặc cao hơn Khi điều kiện trở nên không thích hợp, các trực khuẩn sống sót ở dạng bào tử, màng bào tử mỏng đó có thể chịu nóng, lạnh, khô hoặc thiếu chất dinh dưỡng Chúng tồn tại khắp nơi trong tự nhiên và sẽ trở lại hoạt động khi điều kiện môi trường trở nên thuận lợi Khi các đống ủ trở nên lạnh, các vi khuẩn ưa nhiệt trung bình lại quay lại chiếm ưu thế một lần nữa Số lượng và các loại vi sinh vật ưa nhiệt trung bình tái chiếm ưu thế trong đống ủ chín phụ thuộc vào loại bào tử và những vi sinh vật này sẽ có lợi cho môi trường

 Các nhóm vi sinh vật chủ yếu trong đống ủ: Thành phần các vi sinh vật có

trong đống ủ bao gồm chủ yếu các chủng vi sinh vật phân huỷ celluose, vi sinh vật

phân giải protein, vi sinh vật phân giải tinh bột, vi sinh vật phân giải phosphate

- Vi sinh vật phân hủy cellulose: Trong tự nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả

năng phân huỷ cellulose nhờ có hệ enzyme cellulase ngoại bào Trong đó vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường một lượng lớn enzyme

có đầy đủ các thành phần Nấm mốc có hoạt tính phân giải celluose, đáng chú ý là

Tricoderma Hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoại sinh trong đất, rác và

có khả năng phân huỷ celluose Trong nhóm vi nấm, ngoài Tricoderma còn có rất nhiều chi khác có khả năng phân giải cellulose như Aspergillus, Fusarium, Mucor

Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ cellulose, tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm Nguyên nhân là do số lượng enzyme tiết ra môi trường của vi khuẩn thường nhỏ hơn, thành phần các loại enzyme không đầy đủ Thường ở trong đống ủ có ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đầy đủ bốn loại enzyme trong hệ enzyme cellulose Nhóm này tiết ra một loại enzyme, nhóm khác tiết ra loại khác, chúng phối hợp với nhau để phân giản cơ chất trong mối quan hệ hỗ sinh Ngoài vi

nấm và vi khuẩn, xạ khuẩn và niêm vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ cellulose

Người ta thường sử dụng xạ khuẩn, đặc biệt là Streptomyces trong việc phân huỷ

rác thải sinh hoạt Những xạ khuẩn này thường thuộc nhóm ưa nóng, sinh trưởng và phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 45-50oC, rất thích hợp với quá trình ủ rác thải

- Vi sinh vật phân hủy protein: Trong môi trường đống ủ, N tồn tại ở các dạng

khác nhau, từ N phân giải ở dạng khí cho đến các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong

cơ thể động thực vật Trong cơ thể sinh vật, N tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm như protein, acid amin Khi cơ thể sinh vật chết đi, lượng N này hữu cơ này tồn tại trong đất (chất thải hữu cơ) Dưới tác dụng của các nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein được phân giải thành các acid amin Các acid amin này lại được một nhóm vi sinh vật phân giải thành NH3 hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amon hoá Quá trình này gọi là sự khoáng hoá chất hữu cơ vì qua đó, N hữu cơ được chuyển thành dạng N khoáng Dạng NH4+ sẽ được chuyển hoá thành dạng NO3- nhờ nhóm

vi khuẩn nitrate hoá Các hợp chất nitrate lại được chuyển hoá thành dạng N2 phân

tử, quá trình này gọi là sự nitrate hoá được thực hiện bởi nhóm phân tích nitrate

Khí N2 sẽ được cố định lại trong tế bào vi khuẩn, sau đó chuyển thành dạng N2 hữu

cơ nhờ nhóm vi khuẩn cố định N2 Do đó vòng tuần hoàn N2 khép kín Trong hầu

hết các khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn đều có sự tham gia của các vi sinh vật khác nhau Nếu sự hoạt động của một nhóm nào đó ngừng lại thì toàn bộ sự chuyển

hoá của vòng tuần hoàn sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng Trong quá trình ủ compost,

nhóm vi khuẩn chính phân giải protein là vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn cố định N Nhóm vi sinh vật tiến hành nitrate hoá bao gồm hai nhóm tiến hành hai giai đoạn của quá trình Giai đoạn oxi hoá NH4+ thành NO2- gọi là nitrite hoá, giai đoạn oxi hoá NO2- thành NO3- gọi là giai đoạn nitrate hoá

- Vi sinh vật phân hủy tinh bột: Trong nguyên liệu ủ compost có nhiều loại vi

sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột Một số vi sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzyme trong hệ enzyme amylase Ví dụ như một số loài vi

nấm thuộc các chi Aspergillus, Fusarium, Rhizopus Ngoài ra, một số loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus, Cytophaza, Pseudomonas; một số loài xạ khuẩn cũng có khả

năng phân huỷ tinh bột Tuy nhiên đa số các vi sinh vật không có khả năng tiết đầy

đủ hệ enzyme amylase phân huỷ tinh bột Chúng chỉ có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài enzyme trong hệ đó Các nhóm vi sinh vật sẽ cộng tác với nhau trong quá trình phân huỷ tinh bột thành đường [7]

1.2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt trong tái sử dụng bùn thải làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp

a Tình hình nghiên cứu trên thế giới về ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt trong tái sử dụng bùn thải làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp

Ủ hiếu khí là quá trình phân hủy sinh học và ổn định các hợp chất hữu cơ trong chất thải xảy ra dưới điều kiện hiếu khí được kiểm soát Trái ngược với sự phân hủy các hợp chất hữu cơ một cách tự nhiên không được kiểm soát, nhiệt độ trong đống ủ chất thải có thể tự gia tăng do hoạt động của các vi sinh vật ưa nhiệt trung bình (25-40°C) và ưa nhiệt cao (50-70°C) Sản phẩm cuối cùng của ủ hiếu khí là một sản phẩm sinh học ổn định như mùn (compost), được sử dụng làm phân bón hữu cơ Mục tiêu chính của quá trình này là ổn định, giảm lượng chất thải, loại bỏ các tác nhân gây bệnh và giảm thiểu hàm lượng kim loại nặng (nếu có) trong chất thải hữu

cơ Hầu hết chất thải hữu cơ đều có thể được xử lý bằng phương pháp này Việc xử

lý sơ bộ các chất thải hữu cơ bằng ủ hiếu khí trước khi chôn lấp có thể hạn chế sự

Gaur (1982) đã nghiên cứu bổ sung vào đống ủ các nấm phân hủy cellulose và

lignin, đó là Trichuris spiralis, Paeciliomyces fusisporus, Trichoderma và Aspergillus spp Kết quả cho thấy việc bổ sung này đã làm giảm đáng kể thời gian

cần thiết để hoàn tất quá trình ủ hiếu khí, đồng thời cải thiện chất lượng của phân bón thành phẩm

Tiwari (1989) đã báo cáo hiệu quả của việc cấy nấm phân hủy cellulose vào đống

ủ trong quá trình ủ hiếu khí chất thải nông trại sữa

Gaur và Sadasivam (1993) đã nghiên cứu bổ sung nấm Aspergillus niger và Penicillium spp vào quá trình ủ hiếu khí nguyên liệu rơm rạ lúa mì và nhận thấy

hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm phân hữu cơ đã được cải thiện rõ rệt

Gaur và Singh (1995) đã cho biết hiệu quả của việc sử dụng các chủng nấm có

khả năng phân hủy cellulose (Trichuris spiralis, Paecilomyces fusisporus, Trichoderma viride và Aspergillus sp.) đã làm giảm 5-10% thể tích đống ủ và tăng

hàm lượng N tổng số trong compost với tỉ lệ 300 g/tấn chất thải hữu cơ

Ahlawat và Vijay (2000) đã nghiên cứu tiềm năng của vi khuẩn ưa nhiệt để được ứng dụng làm giống vi sinh vật bổ sung vào đống ủ cho sản xuất phân hữu cơ từ

nấm nút trắng (Agaricus bisporus) Kết quả cho thấy vi khuẩn ưa nhiệt được phân

lập từ mẫu compost có nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển là 43-55oC Hoạt tính

exoglucanase và endoglucanase cao nhất đã được ghi nhận ở Staphylococcus sp trong khi hoạt tính cao nhất của ß- glucosidase được ghi nhận ở Bacillus bresvis và

B megaterium, và hoạt tính xylanase cũng như laccase ở B stearothermophillus Staphylococcus sp cũng thể hiện hoạt tính xylanase cao thứ hai Sản phẩm compost được sản xuất với việc bổ sung hai chủng vi khuẩn tiềm năng (Staphylococcus sp

và B megaterium) trong quá trình ủ hiếu khí ở quy mô thương mại đã không thể

hiện sự biến đổi đáng kể về các đặc tính lý hóa, tuy nhiên, compost được chuẩn bị

với Staphylococcus sp đã giúp thu hoạch nấm sớm hơn 1,5-2,0 ngày và tăng đáng

kể sản lượng nấm trong hai lô nuôi trồng Vì vậy Staphylococcus sp có tiềm năng

trong việc chuyển chất thải nông nghiệp thành phân compost sử dụng hiệu quả

trong nuôi trồng nấm nút trắng

Singh và Sharma (2003) đã cấy các chủng vi sinh vật khác nhau bao gồm

Pleurotus sajor, Trichoderma harzianum và Azotobacter chroococcum vào một số

loại chất thải (hỗn hợp rác thải sinh hoạt và chất thải trồng cây cảnh) theo các tỉ lệ

khác nhau Các chất thải đã được phân hủy trong một khoảng thời gian nhất định và sau đó được chuyển sang ủ hiếu khí trong thời gian cố định là một tháng Sự kết

hợp của P sajor, T harzianum và A chroococcum đã tạo ra một sản phẩm phân

compost có hàm lượng dinh dưỡng cao

Balasundaran (2008) đã tiến hành nghiên cứu đặc tính của các vi sinh vật ưa nhiệt hiện diện trong các nguyên liệu chất thải hữu cơ khác nhau và xác định một tập hợp các vi sinh vật thích hợp cho việc phân hủy các dạng khác nhau của chất thải Số lượng vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm của các mẫu compost được nhận thấy là khác nhau đáng kể Mật độ của mỗi quần thể vi sinh vật phụ thuộc vào bản chất và các đặc tính hóa học của nguyên liệu thô được sử dụng Có 128 chủng vi sinh vật bao gồm 49 chủng vi khuẩn, 62 chủng xạ khuẩn và 17 chủng nấm đã được tuyển chọn cho các nghiên cứu chi tiết Phần lớn vi khuẩn (61,2%) và xạ khuẩn (59,7%) phân lập được có một nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển là trong khoảng 50-55oC; nhưng nấm lại có một nhiệt độ tối ưu tại 50-60oC Hơn 69% vi

khuẩn phân lập được thuộc về giống Bacillus Tất cả các chủng vi sinh vật đã được

phân tích cho khả năng sản sinh các loại enzyme, cụ thể là amylase, catalase, cellulase, phenol oxidase và xylanase 14 chủng đã được tuyển chọn để kiểm tra tính phù hợp của chúng trong vai trò là tập hợp giống bổ sung nhằm thúc đẩy quá trình ủ hiếu khí xảy ra dựa vào các đặc tính sinh hóa và khả năng sinh tổng hợp enzyme của chúng Các chủng này đã không thể hiện sự đối kháng lẫn nhau Việc

bổ sung tập hợp giống này vào quá trình ủ hiếu khí nguyên liệu cỏ dại trong rừng, chất thải dược thảo và vỏ xơ dừa đã tăng cường tốc độ ủ một cách đáng kể, tương ứng đến 19, 22 và 26 ngày

Tuy nhiên, từ những năm của thập kỷ 70, với việc nâng cấp và xây dựng các nhà máy xử lý bùn thải sinh hoạt và sự tăng đồng thời về số lượng bùn thải được tạo ra

ở Mỹ, sự quan tâm đã tập trung vào ủ hiếu khí bùn thải chất lượng tốt để sử dụng trong nông nghiệp và cây cảnh

Năm 1972, để hạn chế việc thải bỏ một lượng bùn thải ngày càng gia tăng nhanh chóng, trung tâm bùn thải của thành phố Fukuoka (Nhật Bản) đã được xây dựng để

ủ hiếu khí bùn thải bằng phương pháp ủ hiếu khí tốc độ cao (high-rate composting) Khác với phương pháp ủ hiếu khí trước đây mà bùn thải bị phân hủy bởi vi sinh vật trong một thời gian dài, trong phương pháp ủ hiếu khí tốc độ cao, điều kiện hiếu khí

có thể được lưu giữ dài như có thể Một vài nghiên cứu đã đề cập đến quá trình ủ hiếu khí tốc độ cao nhưng chỉ về khía cạnh lắp đặt thiết bị cho hệ thống Xét một cách toàn diện, nghiên cứu cơ bản về quá trình ủ hiếu khí tốc độ cao này chưa được tiến hành, kể cả hệ vi sinh vật đóng vai trò trung tâm trong hệ thống công nghệ của phương pháp ủ hiếu khí tốc độ cao Với đặc trưng của phương pháp ủ hiếu khí tốc

độ cao, sự phân hủy chất hữu cơ bằng vi sinh vật có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao, thậm chí chỉ trong một thời gian ngắn

Năm 1973, chỉ một số ít các nhà máy ủ phân tại Mỹ sử dụng bùn thải làm nguyên liệu đầu vào Mười năm sau, có ít nhất 65 nhà máy thực hiện ủ hiếu khí bùn thải đã

đi vào hoạt động, trong đó 43 nhà máy sử dụng phương pháp Beltsville (Willson và Dalmat, 1983) Hiện nay có thêm 20 nhà máy khác hoặc đang trong thiết kế cuối cùng hoặc đang được xây dựng Không chỉ ở Mỹ, quá trình ủ hiếu khí bùn thải đã thu hút được sự quan tâm bởi nhiều nước trên thế giới bởi có thể làm giảm đáng kể thể tích của vật liệu hữu cơ, tiêu diệt tác nhân gây bệnh và tạo phân bón hữu cơ chất lượng cao

Các đặc tính của bùn thải thay đổi và phụ thuộc vào một loại nước thải và phương pháp xử lý Tỷ lệ % chất thải công nghiệp và thành phần của chúng cũng có thể có một ảnh hưởng quyết định đến chất lượng bùn được hình thành cũng như sản phẩm của quá trình ủ hiếu khí bùn thải

Suita (2001), đã tiến hành nghiên cứu đặc tính của bùn thải và nhận thấy bùn thải

có chứa (i) hàm lượng nước đáng kể lên tới 99% đối với bùn thô; (ii) hàm lượng cao của chất hữu cơ có thể được phân hủy sinh học, đạt đến 75% chất khô; (iii) hàm lượng cao của các thành phần làm giàu cho đất (đạm lên đến 8,75% chất khô, P lên đến 8,28% chất khô, K lên đến 0,8% chất khô, Ca lên đến 8,11% chất khô và Mg lên đến 0,72% chất khô); (iv) hàm lượng khác nhau của các kim loại nặng (Pb, Cd,

Hg, Ni, Zn, Cu, Cr), hàm lượng cao nhất được phát hiện trong chất thải từ các nhà

máy xử lý nước thải ở các thành phố công nghiệp nặng; (v) các tác nhân gây bệnh

như Salmonella, Escherichia coli, trứng của ký sinh trùng đường ruột động vật, Ascaris sp., Trichurius sp., Toxocara sp…, mật độ cao nhất đối với bùn thải thô và

thấp nhất trong bùn được ổn định và xử lý vệ sinh; và (vi) hàm lượng nhỏ các chất hữu cơ độc hại (PAH, các hợp chất clo - PCB)

Từ nguyên liệu bùn thải, Chino và cs (1983) đã nghiên cứu quá trình ủ hiếu khí bùn thải phối trộn với vỏ trấu và những thay đổi về đặc tính sinh hóa của khối ủ trong quá trình ủ Kết quả đã cho thấy rằng (i) hàm lượng tổng C, tổng N, và các hợp chất C, N khác đã không thể hiện bất kỳ sự biến đổi nào có ý nghĩa trong suốt quá trình ủ hiếu khí, mặc dù một sự giảm nhẹ về hàm lượng các hợp chất N hòa tan trong axit đã được phát hiện tại giai đoạn đầu tiên của quá trình ủ hiếu khí (active composting); (ii) Hoạt tính cellulase là thấp trong suốt quá trình ủ hiếu khí và tăng sau 23 ngày ủ (curing); (iii) Hoạt tính protease thấp tại giai đoạn khởi đầu; (iv) Hoạt tính của các enzyme khi nhiệt độ của khối ủ 60°C cao hơn 30°C; (v) hệ vi sinh vật bao gồm các vi khuẩn hiếu khí chiếm ưu thế trong suốt quá trỉnh ủ và không có sự tăng có ý nghĩa về số lượng xạ khuẩn khi hoạt tính cellulase tăng; (vi) sự phân hủy giấy lọc được chôn trong đống ủ bắt đầu vào ngày thứ 23 của quá trình ủ hiếu khí khi mà hoạt tính cellulase tăng và (vii) Bằng cách quan sát vỏ trấu trên kính hiển vi điện tử đã cho thấy rằng sự phân hủy vỏ trấu hầu như hoàn tất trong giai đoạn 60-80 ngày sau khi bắt đầu quá trình ủ hiếu khí

Nakasaki và cs (1985) đã nghiên cứu sự thay đổi về số lượng vi sinh vật trong suốt quá trình ủ hiếu khí trong bể phản ứng có nhiệt độ ổn định ở 60oC Kết quả cho thấy rằng vi khuẩn ưa nhiệt trung bình, vi khuẩn ưa nhiệt độ cao và xạ khuẩn ưa nhiệt cao đã được quan sát trong suốt quá trỉnh ủ Tỉ lệ giải phóng CO2 riêng phần của vi khuẩn và xạ khuẩn ưa nhiệt cao trong vùng nhiệt độ 60oC đã được định lượng Tỉ lệ giải phóng CO2 được cho là nhờ vi khuẩn ưa nhiệt cao tại giai đoạn khởi đầu của pha nhiệt độ 60oC và xạ khuẩn ưa nhiệt cao tại giai đoạn sau của pha nhiệt độ 60oC

Shigeru Kume (1994) cũng đã tiến hành nghiên cứu vi khuẩn ưa nhiệt cao và hệ enzyme của chúng trong quá trình ủ hiếu khí bùn thải của nhà máy xử lý nước thải ở thành phố Fukuoka (Nhật Bản) mà sản phẩm compost tạo ra đã được bán ở dạng phân bón hữu cơ hoặc chất cải tạo đất

Xiao-Ying và Ji (2006) đã nghiên cứu bổ sung hỗn hợp vi sinh vật vào quá trình

ủ hiếu khí nhiệt độ cao bùn thải Kết quả chỉ ra rằng ảnh hưởng của việc bổ sung này là không có ý nghĩa đối với việc giảm thời gian đạt đến giai đoạn nhiệt độ cao, việc tăng số lượng vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong một quá trình ủ hiếu khí bùn thải Tuy nhiên thời gian ổn định ở nhiệt độ cao được kéo dài hơn khi cấy hỗn hợp

vi sinh vật và sự phân hủy có thể đạt được trước 3 ngày

Liu và cs (2009) đã chứng minh rằng phương pháp ủ hiếu khí bùn thải có bổ

sung nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium đã làm giảm hoạt động của chì

(Pb) trong sản phẩm compost, từ đó hạn chế tác hại của chất thải nhiễm Pb đối với môi trường Trên thực tế, các ion Pb2+ có thể được tích lũy bởi sợi nấm và tạo phức bởi mùn được hình thành trong quá trình ủ hiếu khí Hàm lượng Pb được cố định tương quan thuận với giá trị pH và sinh khối vi sinh vật Điều này cho thấy vai trò quan trọng của giá trị pH và sinh khối vi sinh vật đối với sự cố định Pb trong đống

ủ Bên cạnh đó, hiệu quả cố định Pb trong phương pháp ủ hiếu khí có bổ sung nấm

Phanerochaete chrysosporium đã được nhận thấy là cao hơn so với đối chứng

không bổ sung nấm Nguyên nhân có thể là do sinh khối vi sinh vật và giá trị pH

của đống ủ trong trường hợp có bổ sung nấm Phanerochaete chrysosporium là cao

hơn

Bên cạnh đó, Krzysztof Ziemiński và Paweł Boniecki (2011) đã nghiên cứu tác dụng của các chế phẩm enzyme thương mại đến quá trình ủ hiếu khí bùn thải Quá trình ủ hiếu khí đã được thực hiện ở quy mô công nghiệp với việc bổ sung các chế phẩm enzyme đã được tuyển chọn Bùn đã được khoáng hóa trong các điều kiện hiếu khí Kết quả cho thấy khi các chế phẩm thử nghiệm được thêm vào, quá trình khoáng hóa chất hữu cơ trong bùn thải được cải thiện nhiều so với lô đối chứng Trong quá trình ủ hiếu khí, một hàm lượng N tổng số giảm 78% đã được quan sát

trong đối chứng không bổ sung các chế phẩm enzyme, trong khi một hàm lượng N tổng số giảm 27% và 19% đã được quan sát trong các lô thí nghiệm có bổ sung tương ứng chế phẩm A và B Việc thêm các chế phẩm đã thúc đẩy quá trình ủ hiếu khí, làm giảm hàm lượng kalium sẵn cho thực vật sử dụng và hàm lượng các orthophosphate trong sinh khối sau ủ, tương ứng là 42,1% và 66,2% so với mẫu đối chứng

Ngoài ra, cùng với sự phát triển của các kỹ thuật phân tử trong việc đánh giá cấu trúc, chức năng và động thái của quần xã vi sinh vật trong môi trường, Fu YiGang

và cs (2005) cũng đã nghiên cứu sự thay đổi động thái và sự đa dạng của quần xã vi khuẩn trong công nghệ ủ hiếu khí bùn thải sử dụng kỹ thuật DGGE Thời gian của quá trình ủ hiếu khí bùn thải là chưa đến 8 ngày Kết quả phân tích hình ảnh “dấu vân tay” DGGE cho thấy cấu trúc vi sinh vật ngày càng ổn định

b Tình hình nghiên cứu trong nước về ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt trong tái sử dụng bùn thải làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp

Ở Việt Nam, một số công trình nghiên cứu tái sử dụng bùn thải cho sản xuất phân bón hữu cơ đã và đang được thực hiện

Viện Sinh học Nhiệt đới (2005) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu bùn thải từ các quá trình xử lý nước làm phân bón sinh học”

Nguyễn Văn Phước (2009) với vai trò là chủ nhiệm và Viện Môi trường & Tài

nguyên ĐHQG TP HCM là đơn vị chủ trì đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý bùn thải công nghiệp” Kết quả nghiên cứu bao gồm (i) Đánh giá chất lượng bùn

thải, phân loại các loại hình ô nhiễm đặc trưng và (ii) Định hướng công nghệ và đề xuất quy trình xử lý phù hợp với từng loại bùn thải công nghiệp

Nguyễn Phú Bảo (2011) với vai trò chủ nhiệm, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới

và Bảo vệ Môi trường là đơn vị chủ trì đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp tổng hợp xử lý bùn ao nuôi tôm ở huyện Cần Giờ” Kết quả nghiên cứu

đạt được các nội dung sau: (i) Nghiên cứu và đánh giá hiện trạng quản lý và xử lý bùn ao nuôi tôm ở huyện Cần Giờ; (ii) Nghiên cứu các vấn đề môi trường liên quan đến bùn ao nuôi tôm ở huyện Cần Giờ trong thời điểm hiện nay; (iii) Phân tích,

đánh giá và thử nghiệm sử dụng bùn ao nuôi tôm ở huyện Cần Giờ làm phân bón hữu cơ vi sinh cho cây trồng trên cơ sở vi sinh vật đã được phân lập ở huyện Cần Giờ; (iv) Đề xuất giải pháp tổng hợp xử lý bùn ao nuôi tôm ở huyện Cần Giờ: quy hoạch tổng thể, xử lý bằng hệ thống rừng ngập mặn đối với bùn ao nuôi tôm dạng lỏng, thực hiện quản lý quá trình nuôi tôm bền vững, thực hiện quản lý dự án vào cộng đồng, trong đó mô hình được đề xuất là tổ tự quản, nhóm cộng đồng, ứng dụng nguyên liệu bùn ao nuôi tôm để sản xuất phân vi sinh; và (v) Đề xuất quy trình công nghệ cụ thể để sản xuất phân bón vi sinh từ bùn ao nuôi tôm trên cơ sơ hai loại chất độn điển hình là bã mía và than bùn

Nguyễn Đăng Nghĩa (2013) làm chủ nhiệm, Trung tâm Nghiên cứu Đất – Phân

bón và Môi trường phía Nam là đơn vị chủ trì đang thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất các loại phân hữu cơ từ nguồn nguyên liệu chất thải hầm cầu sau xử lý phục vụ nông nghiệp” Các nội dung đang thực hiện bao gồm (i) Khảo sát đánh giá

và hoàn thiện quy trình xử lý chất thải hầm cầu; (ii) Nghiên cứu quy trình phối trộn

và sản xuất các loại phân hữu cơ từ nguyên liệu chất thải hầm cầu sau xử lý và (iii) Khảo nghiệm, đánh giá hiệu lực nông học và hiệu quả kinh tế của các loại phân chế biến từ chất thải hầm cầu sau xử lý

Từ 8/2009, trên cơ sở hợp tác giữa Viện NCKH Quốc gia, Quebec, Canada (INRS) và Viện Hàm lâm KH &CN Việt Nam (VAST), vấn đề nghiên cứu tận dụng thành phần dinh dưỡng trong bùn thải nhằm thay thế cho môi trường nhân tạo đắt tiền thường được sử dụng trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật để tạo ra các sản phẩm sinh học có ích như chế phẩm sinh học cho cải tạo đất, thuốc trừ sâu sinh học… đã được thực hiện Trong quá trình thực hiện đề tài, đã tiến hành điều tra, khảo sát, lấy mẫu và phân tích chất lượng bùn thải sinh học của hệ thống xử lý nước thải thuộc nhiều nhóm ngành sản xuất khác nhau như: xử lý nước thải sinh hoạt, sản xuất bia, chế biến nông sản thực phẩm… nhằm sàng lọc và lựa chọn được loại bùn thích hợp, không chứa độc chất, phù hợp cho việc tái sử dụng theo mục đích của hướng nghiên cứu Kết quả đạt được cho thấy, bùn thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia và hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có sự ổn định cao

và có đặc tính tương đối giống với loại bùn thải được sử dụng trong nghiên cứu ở Canada về hàm lượng dinh dưỡng và độc tố Thậm chí, bùn thải của Việt Nam còn

có hàm lượng hữu cơ, nitơ và phốt pho cao hơn so với bùn thải đang được thử nghiệm ở quy mô pilot 2.000 L ở Canada Việc tận dùng bùn thải vừa giúp giảm giá thành vừa góp phần bảo vệ môi trường

Trương Quốc Phú (2012) đã thực hiện nghiên cứu “Đánh giá khả năng tái sử dụng bùn thải từ ao nuôi cá tra thâm canh để sản xuất phân hữu cơ, phục vụ trong nông nghiệp đặc biệt là canh tác lúa” Kết quả cho thấy bùn đáy ao nuôi cá tra

thâm canh được phối trộn với phân vô cơ giúp lúa sinh trưởng tốt nhưng không có

sự khác biệt có ý nghĩa về chiều cao thân, và các thành phần năng suất cũng như số hạt trên bông và trọng lượng hạt So sánh năng suất thực tế thì nghiệm thức bón phân đơn vô cơ có năng suất cao nhất và có ý nghĩa so với 2 nghiệm thức có bổ sung phân hữu cơ Tuy nhiên, khi sử dụng phân hữu cơ từ bùn đáy ao nuôi cá tra đã giúp giảm chi phí đầu tư đáng kể, mức lợi nhuận có thể chấp nhận được Đây là một triển vọng cho tương lai để tiếp tục nghiên cứu tái sử dụng lượng bùn đáy này, hạn chế ô nhiễm môi trường và góp phần phát triển nghề nuôi cá tra bền vững

Lê Thanh Sơn (2013) làm chủ nhiệm, Công ty TNHH MTV Thoát nước Đô thị là

đơn vị chủ trì đang thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng bằng mô hình đống ủ thông khí cưỡng bức có phối trộn vật liệu hữu cơ” với các nội dung sau (i) Nghiên cứu thành phần

tính chất của bùn thải nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng và các vật liệu phối trộn; (ii) Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa bùn và các vật liệu phối trộn; (iii) Nghiên cứu quá trình ổn định (composting) của bùn thải nhà máy XLNT Bình Hưng với các vật liệu phối trộn kể trên: khảo sát sự biến thiên của các thông số cơ bản như nhiệt độ, độ ẩm, pH, vi sinh, độ xốp và (iv) Nghiên cứu thành phần tính chất sản phẩm sau ủ, đánh giá chất lượng

Từ việc tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nội dung của đề tài đã cho thấy: việc tận dụng bùn thải làm nguyên liệu cho quá trình ủ hiếu khí nhằm sản xuất phân hữu cơ phục vụ cho nông nghiệp ở Việt Nam

còn rất hạn chế Vai trò của vi sinh vật ưa nhiệt cao trong cơ chế phân hủy bùn thải còn chưa được nghiên cứu làm rõ Vì thế, việc nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật ưa nhiệt cao trong quá trình ủ hiếu khí nhằm đẩy nhanh tốc độ phân hủy triệt để bùn thải và cải thiện đáng kể chất lượng phân hữu cơ thành phẩm, đáp ứng yêu cầu cho mục đích cải tạo đất, giảm lượng bùn thải gây ô nhiễm môi trường và sức khỏe cộng đồng là một vấn đề rất cần thiết

1.3 Tổng quan về phân bón hữu cơ

1.3.1 Khái niệm

Phân hữu cơ là phân chứa những chất dinh dưỡng ở dạng những hợp chất hữu cơ như: phân chuồng, phân xanh, phân than bùn phụ phế phẩm nông nghiệp, phân rác…

1.3.2 Phân loại

Phân hữu cơ được chia làm các loại sau đây :

a Phân chuồng

Đặc điểm: Phân chuồng là hỗn hợp chủ yếu của phân, nước tiểu gia súc và chất

độn Nó không những cung cấp thức ăn cho cây trồng mà còn bổ sung chất hữu cơ giúp đất tơi xốp, tăng độ phì nhiêu, tăng hiệu quả sử dụng hóa học

* Chế biến phân chuồng: Có 3 phương pháp:

+Ủ nóng (ủ xốp): Lấy phân ra khỏi chuồng, chất thành lớp, không được nén, tưới

nước, giữ ẩm 60 – 70%, có thể trộn thêm 1% vôi bột và 1 – 2% lân super, sau đó trét bùn che phủ cho kín, hằng ngày tưới nước, thời gian ủ ngắn 30 – 40 ngày, ủ xong là sử dụng được

+Ủ nguội (ủ chặt): Lấy phân ra khỏi chuồng xếp thành lớp, mỗi lớp rắc khoảng

(2%) lân, nén chặt: Đống phân ủ rộng khoảng 2 – 3m, cao 1,5 – 2m, trét bùn bên ngoài tránh mưa Thời gian ủ lâu, 5 – 6 tháng

+ Ủ nóng trước nguội sau: ủ nóng 5 – 6 ngày, khi nhiệt độ 50 – 60°c nén chặt ủ

tiếp lớp khác lên trên, trét bùn kín, có thể cho thêm vào đống phân ủ các loại phân khác như phân thỏ, gà, vịt làm phân men để tăng chất lượng phân

b Phân rác

– Đặc điểm: Là phân hữu cơ được chế biến từ cỏ dại, rác, thân lá cây xanh, rơm

rạ… ủ với một số phân men như phân chuồng, lân, vôi… đến khi mục thành phân (thành phần dinh dưỡng thấp hơn phân chuồng)

– Cách ủ: Nguyên liệu chính là phân rác 70%, cung cấp thêm đạm và kali 2%,

còn lại phân men (phân chuồng, lân, vôi) Nguyên liệu được chặt ra thành đoạn ngắn 20 – 30cm xếp thành lớp, cứ 30cm rắc một lớp vôi; trét bùn; ủ khoảng 20 ngày, đảo lại rắc thêm phân men, xếp đủ cao trét bùn lại, để hở lỗ tưới nước thường xuyên; ủ khoảng 60 ngày dùng bón lót, để lâu hơn khi phân hoai có thể dùng để bón thúc

c Phân xanh

– Đặc điểm: Phân xanh là phân hữu cơ sử dụng các loại cây lá tươi bón ngay vào

đất không qua quá trình ủ do đó chỉ dùng để bón lót Cây phân xanh thường được dùng là cây họ đậu như điền thanh, muồng, keo dậu, cỏ Stylo, điên điển…

– Cách sử dụng: Vùi cây phân xanh vào đất khi cây ra hoa, bón lót lúc làm đất

d Phân vi sinh

– Đặc điểm: Là chế phẩm phân bón được sản xuât bằng cách dùng các loại vi

sinh vật hữu ích cấy vào môi trường là chất hữu cơ (như bột than bùn) Khi bón cho đất các chủng loại vi sinh vật sẽ phát huy vai trò của nó như phân giải chất dinh dưỡng khó tiêu thành dễ tiêu cho cây hấp thụ hoặc hút đạm tự nhiên để bổ sung cho đất và cây

Các loại phân vi sinh trên thị trường:

– Phân vi sinh cố định đạm:

+ Phân vi sinh cố định đạm, sống cộng sinh với cây họ đậu: Nitragin, Rhidafo… + Phân vi sinh cố định đạm, sống tự do: Azotobacterin…

– Phân vi sinh phân giải lân: Phân lân hữu cơ vi sinh Komix và nhiều loai phân

vi sinh phân giải lân khác có tính năng tác dụng giống như nhau

– Phân vi sinh phân giải chất xơ: Chứa các chủng vi sinh tăng cường phân giải xác, bã thực vật

Ngoài ra, trên thị trường còn có những loại phân khác với tên thương phẩm khác nhau nhưng tính năng tác dụng thì cũng giống như các loại phân kể trên

Cách sử dụng phân hữu cơ vi sinh: Thời gian sử dụng phân có hạn, tùy loại

thường từ 1 – 6 tháng (chú ý xem thời hạn sử dụng) Phân vi sinh phát huy hiệu lực

ở vùng đất mới, đất phèn, những vùng đất bị thoái hóa mất kết cấu do bón phân hóa học lâu ngày, vùng chưa trồng các cây có vi khuẩn cộng sinh… thì mới có hiệu quả cao

e Phân sinh học hữu cơ

– Đặc điểm: Là loại phân có nguồn gốc hữu cơ được sản xuất bằng công nghệ

sinh học (như lên men vi sinh) và phối trộn thêm một số hoạt chất khác để làm tăng

độ hữu hiệu của phân, hoặc khi bón vào đất sẽ tạo môi trường cho các quá trình sinh học trong đất diễn ra thuận lợi góp phần làm tăng năng suất cây trồng, phổ biến như: Phân bón Komix nền…

Sử dụng: Phân sinh hóa hữu cơ được sản xuất ở dạng bột hoặc dạng lỏng; có thể

phun lên lá hoặc bón gốc Các loại phân sinh hóa hữu cơ hiện nay được sản xuất theo hướng chuyên dùng như phân sinh hóa hữu cơ Komix chuyên dùng cho: Cây

ăn quả, lúa, mía

1.4 Tổng quan về 3 nhà máy lấy mẫu bùn thải

1.4.1 Tổng quan công ty giấy Bãi Bằng

Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng công ty Giấy Việt Nam (đóng tại Thị Trấn Phong Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ) là đơn vị có công nghệ sản xuất hiện đại nhất ngành giấy nước ta nhưng cũng đã lạc hậu so với khu vực và thế giới vài chục năm Với công suất thiếtkế 55.000 tấn giấy/năm Năm 2003, là năm đánh dấu một giai đoạn mới trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường của Công ty Giấy Bãi Bằng, thể hiện ở việc mở rộng sản xuất, nâng công suất nhà máy giấy Bãi Bằng lên 110.000 tấn giấy/năm, đồng thời đầu tư công nghệ mới cho xử lý nước thải, giải quyết ô nhiễm một cách triệt để liên hoàn Đây là hệ thống xử lý nước thải hiện đại nhất của ngành giấy Việt Nam hiện nay theo công nghệ của Thụy Điển, với quy mô

xử lý 30.000 m3nước thải/ngày[1] Nhờ đó với lượng trung bình 21.500 m3nước

thải mỗi ngày mà nhà máy thải ra đều được thu gom và xử lý qua hệ thống xử lý tập trung theo cảhai phương pháp hóa lý và sinh học [6]

Công ty giấy Bãi Bằng là một khu liên hợp sản xuất bao gồm: Xí nghiệp xử lý nguyên liệu 350.000 tấn/năm, Nhà máy sản xuất bột giấy 68.000 tấn/năm, Nhà máy giấy 110.000 tấn/năm, Nhà máy điện 28 MW, Nhà máy hóa chất 10.000 tấn/năm, Nhà máy nước 72.000 m3/ngày đêm[4] Với sản lượng sản xuất thực tế (6 tháng đầu năm 2011): Bột giấy: 34.800 tấn/năm, giấy: 54.000 tấn/năm [5]

Về quy trình công nghệ, nhà máy giấy Bãi Bằng có 6 công đoạn sản xuất chính, bao gồm:

 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu

 Công đoạn sản xuất bột giấy

 Công đoạn xeo giấy

 Quá trình sản xuất dịch tẩy (nhà máy hóa chất)

 Bộ phận sản xuất điện, hơi

 Cấp và thải nước

Trong đó công đoạn sản xuất bột giấy và xeo giấy là hai công đoạn chính trong toàn bộ quy trình

1.4.2 Tổng quan CTCP mía đường Hòa Bình

Công ty cổ phần mía đường Hòa Bình nằm tại phường Hữu Nghị, thành phố Hòa Bình, tỉnh Hòa Bình do ông Nguyễn Khắc Truyện đại diện với số vốn điều lệ là 5 tỷ đồng Công ty được thành lập theo quyết định số 105/QĐ – UB của UBND tỉnh Hòa Bình ngày 14 tháng 04 năm 1995 [2]

Hàng năm, nhà máy mía đường Hòa Bình sản xuất được từ 9.000 – 13.000 tấn đường và từ 3.600 - 5.000 tấn rỉ mật, là nguyên liệu chính để sản xuất cồn Bên cạnh các mặt hàng đường kính trắng, Công ty còn sản xuất một số sản phẩm như phân vi sinh, cồn thực phẩm và giấy Trong đó phân vi sinh chủ yếu đầu tư các vùng nguyên liệu và nhiên liệu trong tỉnh Năm 2008, Công ty mía đường Hòa Bình đã sản xuất được 980.000 lít tấn cồn thực phẩm, 5.900 tấn phân vi sinh và 220 tấn bột

giấy [2]

1.4.3 Tổng quan nhà máy sản xuất tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế

Nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế được thành lập theo quyết định số 520/CT-HC ngày 30/04/2004 của tổng giám đốc công ty Thực phẩm và Đầu

tư Công nghệ Đóng tại Km 802, quốc lộ 1A, xã Phong An, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế, diện tích mặt bằng sản xuất 2592 m2 Máy móc thiết bị của nhà máy được trang bị hiện đại, dây chuyền được nhập từ Thái Lan Công suất thiết kế giai đoạn một của nhà máy là 60 tấn sản phẩm tinh bột /ngày Những năm đầu thành lập, nhà máy đã chú trọng xây dựng và quy hoạch vùng nguyên liệu trên 7 huyện (Nam Đông, Phú Lộc, Hương Trà, Phong Điền, Hương thuỷ, A Lưới, Phú Vang) với diện tích hàng nghìn hecta Hiện nay, với việc nâng cấp công suất nhà máy giai đoạn hai với công suất 120 tấn tinh bột/ngày, vùng nguyên liệu ngày càng được mở rộng trên các địa bàng trong tỉnh và các vùng lân cận Ngoài ra, nhà máy cũng tiếp nhận một phần nguyên liệu nhập từ các tỉnh như Quảng Trị, Quảng Bình

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một số mẫu bùn thải và các chủng vi khuẩn ưa nhiệt phân lập được từ các loại bùn thải này

2.1.1 Các mẫu bùn thải

Các mẫu bùn thải được thu từ công ty giấy Bãi Bằng, CTCP mía đường Hòa Bình, nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế

2.1.2 Các chủng vi khuẩn ưa nhiệt

Các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ các loại bùn thải nêu trên, sau đó tiến hành tuyển chọn, đánh giá khả năng phân hủy bùn thải của chúng và định danh đến loài các chủng vi khuẩn đó

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu mẫu, xử lý và bảo quản mẫu

Các mẫu bùn thải được thu từ hệ thống xử lý nước thải (chất thải) của nhà máy giấy Bãi Bằng (hình 4), Công ty Cổ phần Mía Đường Hòa Bình (hình 5) và nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế (hình 6)

Hình 4: Sơ đồ quy trình sản xuất đường của CTCP mía đường Hòa Bình