Nghiên cứu sản xuất và thương mại hóa sản phẩm phân bón sinh học từ bùn thải hầm biogas (tt)

1 TÓM TẮT Đề tài “Thử nghiệm xử lý bùn biogas kết hợp lục bình làm phân compost và đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm” được thực hiện nhằm mục đích xử lý môi trường và tận dụng

1

TÓM TẮT

Đề tài “Thử nghiệm xử lý bùn biogas kết hợp lục bình làm phân compost và đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm” được thực hiện nhằm mục đích xử lý môi trường

và tận dụng nguồn chất thải để tạo ra sản phẩm có giá trị phục vụ xã hội.Nghiên cứu được

thực hiện thông qua 3 thử nghiệm bao gồm: Thử nghiệm 1- Khảo sát phương pháp tiền xử

lý lục bình; Thử nghiệm 2.Khảo sát phương pháp tiền xử lý bùn biogas; Thử nghiệm Tiền xử lý nguyên liệu; Thử nghiệm 4 -Thử nghiệm ủ phân compost

3-Kết quả phân tích ẩm độ cho thấy lục bình (LB) và bùn biogas phải qua tiền xử lý (TXL) để giảm bớt lượng nước trong nguyên liệu từ hơn 90% xuống mức ẩm độ khoảng 65% trước khi sử dụng làm nguyên liệu ủ phân compost

Kết quả Thử nghiệm 1 giúp xác định 2 phương pháp TXL để giảm ẩm độ cho

nguyên liệu LB là phơi khô tự nhiên với LB được cắt nhỏ, trãi đều trên bạt HDPE (nghiệm thức LBK) và ủ hoai lục bình trong mô hình ở nghiệm thức LBT2 với LB được cắt nhỏ bổ sung chế phẩm sinh học Trichoderma và không phủ bạt HDPE trên bề mặt nguyên liệu Thử nghiệm 1 và thử nghiệm 2 cũng cho kết quả ẩm độ giảm chậm ở tất cả các NT phủ bạt HDPE trên bề mặt nguyên liệu (NT LBT, LB, LB), các nghiệm thức không bổ sung chế phẩm Trichoderma đều phát sinh mùi hôi thối, nguyên liệu chuyển sang màu đen (trừ nghiệm thức LBK) do quá trình phân hủy kỵ khí nguyên liệu diễn ra (LB1, LB2) Kết quả thử nghiệm ở NT bùn 2 cho thấy có thể sử dụng vải địa kỹ thuật không dệt để TXL nhằm giảm ẩm độ trong bùn biogas thay thế vật liệu lọc cát sỏi

Kết quả ghi nhận được ở Thử nghiệm 4 cho thấy sản phẩm phân compost được làm

ra có hàm lượng chất hữu cơ đạt yêu cầu để thương mại hóa sản phẩm theo quy định trong thông tư 36 (36:2010 TT/BNNPTNT), hàm lượng đạm trong cả hai mẫu phân compost đều thấp hơn 2.5% và việc bổ sung đạm sau ủ hoặc phối trộn thêm các nguyên liệu hữu cơ giàu đạm là cần thiết để đảm bảo hợp quy chuẩn theo quy định

Kết quả phân tích trong nghiên cứu cho thấy việc xử lý bùn biogas và LB thành phân compost và thương mại hóa sản phẩm là khả thi!

2

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

1.ĐẶT VẤN ĐỀ 8

2.TỔNG QUAN TÀI LIÊU 9

2.1 Lục bình (Eichhornia crassipes) 9

2.2 Bùn biogas 11

2.3 Chế phẩm sinh học dùng trong thí nghiệm (Tricho-compost) 14

2.4.Một số nghiên cứu xử lý bùn biogas và lục bình 14

2.5 Phân hữu cơ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân 17

3.MỤC TIÊU-PHƯƠNG PHÁP 29

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 29

3.2 Phương pháp nghiên cứu 29

3.3.Phương pháp tiến hành nghiên cứu 31

3.4.Phương pháp đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm phân compost từ bùn biogas và lục bình 40

4.KẾT QUẢ-THẢO LUẬN 42

4.1 Kết quả xác định chỉ tiêu nguyên liệu đầu vào 42

4.2 Kết quả Thử nghiệm 1 Khảo sát tiền phương pháp xử lý lục bình 42

4.3.Kết quả Thử nghiệm 2 Khảo sát phương pháp tiền xử lý bùn biogas 44

4.4 Kết quả Thử nghiệm 3.Thử nghiệm tiền xử lý nguyên liêu 46

3

4.5.Kết quả Thử nghiệm 4.Tiến hành ủ phân compost 47 4.6 Đề xuất quy trình xử lý bùn biogas kết hợp lục bình làm phân compost 50 4.7 Đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm phân compost từ bùn

biogas và lục bình 52

5.KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ 55 6.TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

không phủ bạt HDPE LBT1 : Nghiệm thức lục bình + Trichoderma tiền xử lý

trong mô hình có phủ bạt HDPE LBT2 : Nghiệm thức lục bình + Trichoderma tiền xử lý

trong mô hình không phủ bạt HDPE LBK : Nghiêm thức lục bình Tiền xử lý bằng phương

pháp phơi khô tự nhiên CP1 : Nghiệm thức ủ phân thử nghiệm nguyên liệu LBK

+ Bùn (tỉ lệ nguyên liệu 1:1) CP2 : Nghiệm thức ủ phân thử nghiệm từ nguyên liệu

LBT2 + Bùn (tỉ lệ nguyên liệu 1:1)

5

B1 : Nghiệm thức tiền xử lý bùn thải hầm biogas bằng

vải mô hình sử dụng lớp lọc cát, sỏi B2 : Nghiệm thức tiền xử lý bùn thải hầm biogas bằng

mô hình sử dụng vải địa kỹ thuật không dệt làm vật liệu lọc

6

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.2.1a Thành phần dinh dưỡng trong bùn và nước thải biogas phân heo 12

Bảng 2.2.1b Hàm lượng vi sinh vật trong chất thải biogas phân heo 12

Bảng 2.5.4 Mối tương quan giữa tỷ lệ C/N và lượng đạm bị thất thoát 24

Bảng 4.1: Thành phần hóa học của bùn biogas và lục bình 42

Bảng 4.2 Sự thay đổi độ ẩm của nguyên liệu được TXL sau 15 ngày 43

Bảng 4.3 Sự thay đổi ẩm độ của bùn biogas trong quá trình tiền xử lý 45

Bảng 4.4 Kết quả thử nghiệm tiền xử lý nguyên liệu 46

Bảng 4.5 : Kết quả phân tích chỉ tiêu phân hữu cơ sau 45 ngày thử nghiệm 49

Hình 4.6 Sơ đồ xử lý bùn biogas và lục bình thành phân bón hữu cơ 51

Bảng 4.7a: So sánh giá trị phân hữu cơ sau thử nghiệm với các chỉ tiêu quy định 53

7

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi heo có sử dụng biogas 11

Hình 2.3 Chế phẩm sinh học Tricho-Compost 15

Hình 3.3.1 Sơ đồ mô tả quy trình tiến hành nghiên cứu 31

Hình 3.3.2a.Hình vẽ thiết kế mô hình tiền xử lý lục bình 33

Hình 3.3.2b Bố trí thử nghiệm thức khảo sát TXL nguyên liêu 34

Hình 3.3.4a: Mô hình TXL bùn biogas bằng vật liệu lọc cát sỏi 35

Hình 3.3.4b: Mô hình TXL bùn biogas bằng vật liệu lọc qua lớp vải đại kỹ thuật không dệt 36

Hình 3.3.6 Bản vẽ thiết kế mô hình ủ phân compost 38

Hình 4.5a: Mô hình ủ phân compost 47

Hình 4.5b Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ của mẻ ủ 48

Hình 4.6 Sơ đồ xử lý bùn biogas và lục bình thành phân bón hữu cơ 51

Hình 6.1 Thu gom bùn biogas bằng túi vải địa kỷ thuật 59

Hình 6.2.Lục bình cắt nhỏ tại phong thí nghiệm 59

Hình 6.3 Bố trí Thử nghiệm 1 60

Hình 6.4 Lục bình ở nghiệm thức LBT1 (trái), LB1 (phải), LBT2 (dưới, lớn) sau 4 ngày tiền xử lý ở thử nghiệm 1 60

Hình 6.5 Bố trí nghiệm thức B1 ở thử nghiệm 2 61

Hình 6.6 mô hình tiền xử lý lục bình ở thử nghiệm 1 61

Hình 6.7 Bố trí nghiệm thức B2 ở thử nghiệm 2 62

8

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo báo cáo năm 2015 của Tổng cục Thống kê Việt Nam, tính từ tháng 10 năm

2013 đến tháng 10 năm 2015 số lượng heo của cả nước tăng từ 26.3 triệu con lên 27.8 triệu con Vì vậy việc xử lý chất thải chăn nuôi là quan trọng, trong đó công nghệ biogas đã được ứng dụng từ lâu được xem là phương pháp hiệu quả và dễ áp dụng Tuy nhiên, bùn biogas lại là nguồn gây ô nhiễm cần phải xử lý, lượng vật nuôi tăng lên dẫn đến số công trình biogas và bùn biogas nếu không có phương pháp xử lý thích hợp sẽ gây tác động xấu đến môi trường

Tình trạng lục bình phát triển quá mức gây cản trở hoạt động giao thông đường thủy, ô nhiễm môi trường, tắc nghẽn dòng chảy ảnh hưởng đến việc tiêu thoát nước, phát sinh côn trùng, dịch bệnh, ảnh hưởng chất lượng cuộc sống của người dân Theo báo cáo của sở Nông Nghiệp và phát triển Nông thôn, TP.HCM có hơn 3.000 tuyến sông, kênh, rạch thì có 181 tuyến sông, kênh, rạch có lục bình với tổng chiều dài hơn 203 km Đặc biệt

có 66/181 tuyến sông, kênh, rạch có lục bình phát triển dày đặc, không những thế, vấn nạn lục bình còn đang ảnh hưởng rộng đến các tỉnh khác như Đồng Tháp, Tiền Giang đặc biệt

là Long An và Tây Ninh trên sông Vàm Cỏ Đông

Tình hình sử dụng phân bón hóa học đang ngày càng tăng lên, chỉ tính từ năm 2013 đến năm 2015, nhu cầu phân bón hóa học của cả nước đã tăng từ 10.3 triệu tấn (2013) lên

11 triệu tấn (2014), việc tăng cường bón phân hóa học gây tác động xấu môi trường nông nghiệp như thoái hóa đất và ô nhiễm nguồn nước việc sử dụng phân hữu cơ để thay thế hoàn toàn hoặc giảm lượng phân hóa học bón vào đất là cần thiết

Vì thế, đề tài “Thử nghiệm xử lý bùn biogas kết hợp lục bình làm phân compost và đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm” được thực hiện nhằm mục

đích góp phần giải quyết các vấn đề trên

9

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Lục bình (Eichhornia crassipes)

2.1.2 Giới thiệu chung

Nguồn gốc và phân loại

Lục bình (Eichhornia crassipes) còn được gọi là lộc bình hay bèo Nhật Bản, một loài thực vật thuỷ sinh, thân thảo, sống nổi theo dòng nước, thuộc về chi Eichhornia của họ bèo tây (Pontederiaceae), có khả năng hấp thu một lượng lớn chất dinh dưỡng và có nguồn gốc từ khu vực Amazon ở Nam Mỹ (Võ Văn Chi,2003)

Theo tài liệu “Phân loại học thực vật” (Hoàng Thị Sản,2008) và “Sách Tra cứu tên cây cỏ Việt Nam” (Võ Văn Chi,2007), cây lục bình được phân loại như sau:

Tên khác: Bèo tây, bèo sen, bèo Nhật Bản, Lộc bình (Phạm Hoàng Bộ,2006)

Tên nước ngoài: Water hyacinth (Anh), Jacinth d’eau (Pháp) (Võ Văn Chi,2012)

Đặc điểm thực vật học

Lục bình là cây thảo mộc sống nhiều năm, nổi ở nước hoặc bám trên đất bùn, chiều cao khoảng 30cm, căn hành dài, rễ chùm dài và rậm hình như lông vũ sắc đen rủ xuống nước Kích thước rễ và cây thay đổi tùy theo môi trường sống ) (Võ Văn Chi,2012)

Lá mọc thành hoa thị, có cuống phồng lên thành phao nổi, gân lá hình cung, phiến lá hình tròn hay hình tim Cụm hoa bông hay chùy ở ngọn thân Hoa không đều, màu nhạt hay tím, đài và tràng cùng màu, dính liền với nhau ở gốc, cánh hoa trên có một đốm vàng, 6 nhụy

Lục bình phát triển nhanh chóng ở những nơi ngập nước như các ao, hồ, cửa sông, đầm lầy, kênh, mương, sông, suối và các vùng nước tù đọng khác Lục bình phát triển mạnh trong nguồn nước giàu dưỡng chất như nước thải từ thành phố, chất thải nông nghiệp Tuy nhiên, LB không phát triển kém ở vùng phèn và vùng lợ, độ mặn trên 6‰ sẽ gây chết LB lợ (Phạm Hoàng Hộ et al., 1992)

2.1.3 Lợi ích và tác hại của lục bình

hệ sinh vật thủy sinh bên dưới, làm giảm oxi hòa tan trong nước tạo nên các vùng kỵ khí gây ức chế sinh trưởng của thủy sinh vật và ô nhiễm nguồn nước Tại các vùng nước nông,

và thân có tính mát, không độc dùng đắp lên da chữa u nhọt và mau lành vết thương.Thân

và lá lục bình được dùng làm thức ăn gia súc, gia cầm Ngó lục bình được sử dụng như rau trong bữa ăn gia đình Bên cạnh đó, thân LB có thể phơi khô làm nguyên liệu sản xuất các mặt hàng thủ công mỹ nghệ có giá trị như: giỏ, túi, thảm, bình hoa rễ lục bình là một nguồn nguồn nguyên liệu tốt để làm phân compost

Trong điều kiện tự nhiên, lục bình có khả năng hấp thụ kim loại nặng và chất dinh dưỡng trong nước thải, góp phần cải tạo tạo nước mặt Trong hệ thống xử lý nước thải, LB thường được bổ sung vào hồ sinh học giúp gia tăng hiệu quả xử lý nước

2.2 Bùn biogas

2.2.1 Giới thiệu chung

Hình 2.2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi heo có sử dụng biogas

Bùn biogas là sản phẩm phụ của quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ (CHC) trong xảy ra trong hầm hay túi biogas Chất thải hầm ủ biogas bao gồm cả chất rắn và nước thải là sản phẩm của quá trình lên men yếm khí nhờ các vi sinh vật Đặc điểm của chất thải hầm ủ biogas là giàu dưỡng chất với lượng hữu cơ khá cao và các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (Lê Hoàng Việt, 1998)

Chất thải Hầm biogas

Nước thải biogas

Trang trại

nuôi heo

Hệ thống xử lý nước thải khác

Bùn biogas Biogas

P2O5 (g/l)

K2O (g/l)

Ca (ppm)

Mg (ppm)

Zn (ppm)

Mn (ppm) NGHIÊN CỨU BỞI NISF NĂM 2005

NISF: National Institute for Soils and Fertilizers

NIAH: National Institute of Animal Husbandry

HAU: Hanoi Agriculture University

Kết quả ở bảng 1.5 cho thấy nước thải biogas có hàm lượng đạm; kali cao và sự hiện diện của vi sinh vật trong chất thải biogas với hàm lượng vô cùng phong phú

Bảng 2.2.1b Hàm lượng vi sinh vật trong chất thải biogas phân heo

(Nguồn: Le Thi Xuan Thu, 2008) Bảng 2 cho thấy, chất thải biogas có thể sử dụng như chế phẩm sinh học, để bổ sung một

số vi sinh vật vào nguyên liệu ủ phân compost, làm cho quá trình hoai mục diễn ra nhanh hơn

2.2.2 Lợi ích và tác hại của bùn biogas

Tác hại của bùn biogas

Chất thải hầm biogas không được xử lý đúng cách thải vào môi trường với lượng quá lớn

sẽ làm tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong nước, làm giảm lượng oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước mặt gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy vực và đời sống thủy sinh vật Nitơ và photpho trong chất thải là 2 thành phần dễ gây ô nhiễm nguồn nước (Dương Nguyên Khang, 1994)

Bùn biogas có hàm lượng chất dinh dưỡng khá cao và hàm lượng vi sinh vật phong phú trong đó có cả mầm bệnh, trứng giun sán, E.coli, Salmonella có nguồn gốc từ phân heo

mà các quá trình sinh học trong hầm ủ biogas không thể xử lý triệt để Bùn biogas khi thải trực tiếp vào đất mà không qua xử lý sẽ gây mất oxi trong đất, gây hại đến hệ vi sinh vật

có sẵn và lan truyền mầm bệnh, vi sinh vật có hại ra môi trường

Lợi ích của bùn biogas

Do hàm lượng chất dinh dưỡng cao và hệ vi sinh vật phong phú, bùn biogas có thể được

xử lý để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: làm phân compost, phân bón sinh học cho cây trồng, làm thức ăn cho cá, nuôi trùn

Bùn biogas qua xử lý có thể được sử dụng như một loại phân bón sinh học, giúp cải tạo đất, giảm lượng phân hóa học sử dụng và tăng năng suất cây trồng (Le Thi Xuan Thu,

14

2008) Nuôi cá rô phi bằng nước thải từ hầm biogas ủ kết hợp phân heo + lục bình có thể giảm 50% chi phí thức ăn cho một vụ nuôi, gia tăng lợi nhuận kinh tế cho người nông dân (Nguyễn Võ Châu Ngân và cộng sự, 2012)

2.3 Chế phẩm sinh học dùng trong thí nghiệm (Tricho-compost)

Hình 2.3 Chế phẩm sinh học Tricho-Compost

Chế phẩm sinh học Tricho-Compost được sản xuất tại Nhà máy phân bón Điền Trang Sản phẩm lưu hành theo QĐ số 2702/QĐ – BNN – KHCN ngày 10/10/2005 Thành phần và hàm lượng vi sinh vật có trong chế phẩm Tricho-Compost bao gồm vi

sinh vật phân giải cellulose (Trichoderma spp., Streptomyces spp.) hàm lượng 109

CFU/g, vi sinh vật phân giải lân (Bacillus subtilis, Pseudomonas sp.) Ngoài ra, chế

phẩm Tricho-Compost còn có N: 2%, P2O5: 2%, K2O: 1%, CaO: 1%, MgO: 0,5%, chất hữu cơ ≥ 23%

Tricho-Compost dùng để sản xuất phân hữu cơ từ các chế phẩm nông nghiệp (vỏ cà phê, vỏ đậu, mạt cưa, rơm rạ, phân chuồng, ) Tricho-Compost được tăng cường hệ vi sinh vật phân giải cellulose, protein, lân Tricho-Compost có khả năng phân hủy lignin, chitin,… giúp đống ủ mau hoai mục và khử mùi chuồng trại Đặc biệt Tricho-Compost có hiệu quả cao trong việc phòng ngừa bị xỉ mủ, vàng lá thối rể, chết nhanh, chết chậm, chạy

dây, lở cổ rễ trên cây trồng do các loại nấm Phytophthora, Fusarium, Rhizoctonia, Pythium, Verticillium, Sclerotium,… và tuyến trùng gây hại

2.4 Một số nghiên cứu xử lý bùn biogas và lục bình

Lê Hoàng Việt (2004) đã tiến hành thí nghiệm đánh giá khả năng sản xuất biogas từ nước ép LB Lượng biogas sinh ra từ nghiệm thức nước ép LB, nước ép LB + 5% phân heo, nước ép LB + 10% phân heo lần lượt là 0,317; 0,31 và 0,317 m3 CH4/kg COD loại

15

bỏ Các kết quả thí nghiệm cho thấy nước ép LB hoàn toàn phù hợp để sản xuất biogas, và nếu có phối trộn thêm phân heo sẽ cho năng suất sinh khí cao hơn trường hợp chỉ sử dụng riêng nước ép LB

Lê Hoàng Việt và Nguyễn Xuân Hoàng (2004) cũng ghi nhận khi sử dụng LB để xử

lý các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp (5,2 - 7,1 kg/ha*ngày), nước thải sau

xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải vào nguồn tiếp nhận loại A Đồng thời nghiên cứu này cũng xác định thời gian nhân đôi của LB trong ao tiếp nhận nước thải trực tiếp từ chuồng heo là

12 - 15 ngày, trong khi thời gian nhân đôi của LB trong ao tiếp nhận nước từ hầm ủ biogas

là 9,9 đến 13,2 ngày Về mặt sinh khối, ao nước thải từ chuồn heo sản xuất 470 - 488 tấn LB/ha*năm, ao tiếp nhận nước từ hầm biogas sản xuất 627 tấn LB/ha*năm

Lục bình và bùn biogas được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau để tạo ra sản phẩm phục vụ như: làm thức ăn gia súc, nuôi trùn quế, ủ phân compost, xử lý nước

Đối với việc xử lý chất thải rắn, phế phẩm nông nghiệp, trong các giải pháp được đặt ra thì làm phân compost là giải pháp đơn giản, hiệu quả và mang lại nhiều thuận lợi nhất (Thambirajah, 1993) Có nhiều nghiên cứu đã chứng minh ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc xử lý lục bình, bùn biogas thành phân compost

Trong Tạp chí Khoa học năm 2010 trang 160-169 của Đại Học Cần Thơ, tác giả Lê

Thị Thanh Chi và cộng sự có bài nghiên cứu “Nghiên cứu Tác dụng của phân hữu cơ từ hầm ủ biogas trong cải thiện độ phì nhiêu đất và năng suất cây trồng” Nghiên cứu trên sử dụng hai loại phân hữu cơ: được ủ phối trộn giữa dung dịch hầm ủ (nước thải biogas) , rơm , bã mía ; và phối trộn giữa bùn biogas, rơm, phân heo Nấm Trichoderma được cấy

bổ sung vào phân hữu cơ Kết quả phân tích sau 100 ngày ủ, lượng đạm, carbon gia tăng

có ý nghĩa, mật độ E.coli giảm dưới ngưỡng gây hại ở nghiệm thức ủ với bùn biogas (9166,6 cfu/g so với 21,25 cfu/g), vi khuẩn Salmonella được loại hoàn toàn sau khi phân hữu cơ được ủ hoai mục Phân hữu cơ từ bùn biogas (20 tấn/ha) giúp cải thiện pH đất, hàm lượng chất hữu cơ, đạm hữu cơ dễ phân hủy, lân dễ tiêu tăng khác biệt Phân hữu cơ

ủ từ nước thải và bùn giúp tăng sinh trưởng của cây bắp rau trên đất bạc màu Sinh khối tươi và trọng lượng bắp tăng so với chỉ bón phân vô cơ, đạt hiệu quả cao nhất ở nghiệm

Nghiên cứu Sản xuất phân hữu cơ từ lục bình kết hợp với các chất thải nông nghiệp khác của cùng nhóm tác giả trên Nghiên cứu này cũng đưa ra kết quả việc kết hợp rễ lục bình với các loại chất thải hữu cơ khác có sẵn ở Hậu Giang như rơm, xác mía, bã bùn mía, phân heo và cặn hầm ủ biogas theo tỉ lệ nhất định có thể sản xuất phân hữu cơ với hàm lượng hữu cơ khá cao và giàu dinh dưỡng như P, Ca, vi lượng Cu, Zn Kết hợp rễ lục bình với các loại chất thải hữu cơ trên giúp cải thiện hàm lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng có trong phân so với phân sản xuất chỉ từ rể lục bình

Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ từ lục bình của Tiến sĩ Lê Phát Quới - Sở Khoa học và Công nghệ Long An cho kết quả sản phẩm phân hữu cơ từ lục bình phối trộn với phân chuồng ở các nghiệm thức đều cho kết quả khá tốt, hàm lượng chất hữu cơ đều đạt trung bình từ 27-28%, các đại lượng N, P, K đạt trung bình và một số khoáng trung, vi lượng đều hiện diện trong phân ủ mặc dù hàm lượng không cao Đặc biệt nhờ vào môi trường ủ gần trung tính nên hàm lượng acid Humic và acid Fulvic trong phân ủ trở nên hữu dụng, tỷ lệ tối ưu cho việc trộn bổ sung phân chuồng vào lục bình trong quá trình ủ là 50/50, tuy nhiên tùy vào lượng phân chuồng có sẳn tỷ lệ có thể là 80/20, 70/30, 60/40 Rễ lục bình có thể tận dụng làm phân hữu cơ dùng để giâm và chiết cành cây trồng khá tốt nhờ vào hàm lượng IAA (acid-3- indolaxetic) hiện diện trong phân ủ Một số độc chất kim loại nặng có hiện diện trong phân ủ nhưng ở mức khá nhỏ nên không tác tác động ảnh hưởng đến môi trường đất và nước

17

Nguyễn Trần Tuấn et al (2009) đã khẳng định trong các phần của cây lục bình, rễ lục bình là nguyên liệu phù hợp sử dụng để ủ phân hữu cơ Việc kết hợp rễ lục bình với các loại chất thải hữu cơ địa phương như rơm, xác mía, bã bùn mía, phân heo, cặn hầm biogas… theo những tỷ lệ nhất định có thể sản xuất phân hữu cơ với chất lượng cao có chứa hàm lượng dưỡng chất như P, Ca và các nguyên tố vi lượng Cu, Zn

Theo báo cáo của Le Thi Xuan Thu (2008) cho thấy việc sử dụng bùn biogas như là phân bón sinh học giúp tăng 22% năng suất của cây đậu nành so với không sử dụng bùn biogas

2.5 Phân hữu cơ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân

2.5.1 Phân hữu cơ

Phân hữu cơ là tên gọi chung cho các loại phân được sản xuất từ các vật liệu hữu cơ như: xác bã thực vật, chất thải động vật, phế phẩm nông nghiệp hay công nghiệp bị chôn vùi trực tiếp vào đất hoặc ủ thành phân Chất hữu cơ có tỷ lệ C/N cao được vùi trực tiếp trong đất không qua xử lý, chức năng chủ yếu cải tạo đất thì được gọi là chất hữu cơ cải tạo đất Chất hữu cơ thông qua xử lý hoặc không qua xử lý có tỷ lệ C/N thấp thì được gọi

là phân hữu cơ

Theo nghị định số 202/2013/NĐ – CP về quản lý phân bón thuộc trách nhiệm quản

lý nhà nước của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn: Phân bón hữu cơ là các loại phân bón được sản xuất chủ yếu từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ có hàm lượng chất hữu

cơ và các chỉ tiêu chất lượng khác đạt tiêu chuẩn chất lượng theo quy định

Theo Phân hữu cơ trong sản xuất nông nghiệp bền vững ở Việt Nam- Tiến Sĩ Bùi Huy

Hiền, thì tùy vào nguồn gốc và thành phần chính, phân hữu cơ được chia thành nhiều loại khác nhau:

 Phân hữu cơ truyền thống: là phân bón được tạo ra từ nguồn nguyên liệu như phân động vật, phụ phẩm nông nghiệp, thực vật thường được áp dụng với quy mô hộ gia đình

 Phân hữu cơ sinh học: loại phân được sản xuất từ nguyên liệu hữu cơ theo quy trình lên men có sự tham gia của vi sinh vật sống có ích hoặc các tác nhân sinh học khác đạt tiêu chuẩn chất lượng theo quy định

18

 Phân vi sinh: loại phân trong thành phần chủ yếu có chứa một hay nhiều loại vi sinh vật sống có ích bao gồm: nhóm vi sinh vật cố định đạm, phân giải lân, phân giải kali, phân giải 584 xenlulo, vi sinh vật đối kháng, vi sinh vật tăng khả năng quang hợp và các vi sinh vật có ích khác với mật độ phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật đã ban hành là mật độ mỗi chủng VSV có ích không thấp hơn 1 x 108 CFU/g (ml)

 Phân hữu cơ khoáng: Là phân hữu cơ được trộn thêm phân vô cơ giúp tăng dinh dưỡng

Chất hữu cơ sau khi giải phân có khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây Quan trọng hơn nữa là có khả năng tái tạo lớn Phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng tăng hiệu quả của phân bón hóa học, cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu của đất

Kinh nghiêm trong quá trình sử dụng, nghiên cứu phân bón cho thấy để đảm bảo năng suất cao và ổn định, việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng chỉ dựa vào phân vô cơ

là chưa đủ mà phải có hữu cơ ít nhất 25% trong tổng số dinh dưỡng

2.5.2 Ý nghĩa của phân hữu cơ đối với nông nghiệp

Phân bón là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao năng suất cây trồng

Qua thực tiễn của nền văn minh lúa nước nông dân Việt Nam đã thấy rõ vai trò của phân bón đối với sản xuất và năng suất lúa Phân bón cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển Nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không

đủ chất dinh dưỡng mà phải lấy thêm phần lớn từ phân bón Điều tra tổng kết ở khắp nơi trên thế giới đều cho thấy trong số các biện pháp kỹ thuật trồng trọt, bón phân luôn là biện pháp có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất cây trồng (Nguyễn Đăng Nghĩa, 2005) Tổng kết trên phạm vi toàn thế giới, 1989 tổ chức Lương Nông Liên Hợp Quốc (FAO) đưa ra nhận xét: “mỗi tấn chất dinh dưỡng sản xuất được mười tấn ngũ cốc” Nhận xét này khẳng định vai trò hàng đầu của phân bón đối với việc sản xuất lương thực trên thế giới

Phân bón ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm

Cây trồng hút chất dinh dưỡng từ trong đất và phân bón, kết hơp với sản phẩm của quá trình quang hợp tạo thành sản phẩm của mình Cho nên sản phẩm thu hoạch phản ánh tình

19

hình đất đai và việc cung cấp chất dinh dưỡng cho cây Bón phân cân đối và hợp lý còn làm tăng chất lượng nông sản, cụ thể làm tăng hàm lượng chất khoáng, Protein, đường và Vitamin cho sản phẩm Tuy nhiên, nếu thiếu chất dinh dưỡng, hoặc bón phân quá nhiều và không cân đối cũng có thể làm giảm năng suất và chất lượng nông sản (Nguyễn Đăng Nghĩa, 2005) Ngoài ra, bón phân hợp lý còn làm tăng khả năng chống chịu cho cây Ảnh hưởng gián tiếp do cải thiện được sức sinh trưởng của cây để chống chịu với các yếu tố khí hậu, sâu bệnh và các loài gây hại (Lê Văn Trí, 2001)

Bón phân là một biện pháp cải tạo môi trường

Bón phân làm tăng độ phì nhiêu của đất, đất tốt hơn, cân đối hơn, đặc biệt phân hữu cơ và vôi

là biện pháp cải tạo đất rất hữu hiệu Ở những đất có độ phì nhiêu ban đầu thấp, đất xấu thì việc bón phân càng có tác dụng rõ Tuy vậy, bón phân không hợp lý, không đúng kỹ thuật có thể làm cho đất xấu đi hoặc gây ô nhiễm môi trường Phân hữu cơ có thể tạo ra nhiều chất

CH4, CO2, NH4, NO3 Phân vô cơ tạo ra nhiều đạm ở thể khí làm đất trở nên độc với cây trồng

và ô nhiễm không khí, nguồn nước (Nguyễn Đăng Nghĩa, 2005)

Cải tạo hóa tính và bồi dưỡng đất

Chất hữu cơ là nhân tố tích cực tham gia vào quá trình chuyển hóa lân trong đất từ dạng khó tiêu sang dạng dễ tiêu, hữu dụng cho cây trồng Mặt khác, chất hữu cơ còn có tác dụng đệm trong hầu hết các loại đất (Đỗ Thị Thanh Ren, 1998) hay tạo thành các phức chất hữu

cơ – khoáng để khắc phục các yếu tố độc hại trong đất Bên cạnh đó, chất hữu cơ còn phát huy tác dụng của các chất điều hòa tăng trưởng sinh ra trong đất (Hoàng Minh Châu, 1998)

Cải tạo lý tính của đất

Chất hũu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật lý của đất, một trong những ảnh hưởng quan trọng là hình thành cấu trúc đất và duy trì độ bền cấu trúc đất (Thomas và ctv., 1996) khi trộn chất hữu cơ vào đất làm tăng độ ổn định kết cấu đất, giúp đất tơi xốp do hoạt động của vi sinh vật đất và tạo lớp phủ bề mặt cho đất Phân hữu cơ ảnh hưởng đến sự tuần hoàn nước trong đất, làm cho nước thấm vào đất thuận lợi, khả năng giữ nước của đất cao, việc bốc hơi bề mặt giảm đi, ngoài ra còn hạn chế đóng váng bề mặt.Bên cạnh đó, phân hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc phục hồi và nâng cao độ

20

phì nhiêu của đất thoái hóa Khối lượng phân hữu cơ vùi vào đất càng lớn thì độ phì nhiêu phục hồi càng nhanh (Lê Hồng Tịch, 1997)

Tác dụng lên đặc tính sinh học của đât

Sau khi vùi phân hữu cơ vào đất thì tập đoàn sinh vật đất phát triển rất nhanh, làm phong phú thêm tập đoàn sinh vật đất có lợi cũng như có hại Chất hữu cơ là môi trường sống tốt cho sinh vật sống và phát triển nhanh chóng, chất mùn từ phân chuồng làm tăng hiệu quả

cố định đạm của Rhirobium và Azobactor và khả năng Nitrat của đất cũng tăng lên Phân

hữu cơ là sản phẩm năng lượng, là nguồn thức ăn đối với vi khuẩn đất và cũng là nguồn cung cấp sinh vật cho đất (Trần Thị Anh Thư, 2010)

Tác dụng trực tiếp đến cây trồng

Theo Hoàng Minh Châu (1998): Nhờ acid humic trong phân hữu cơ mà nó giúp cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng, các chất hữu cơ cũng là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây do mùn bị phân hủy và tan các chất vô cơ trong đất Chất hữu cơ không chỉ là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng mà còn giúp đạt năng suất cao nhất nhờ con đường khoáng hóa và cải tạo tính chất lý – hóa của đất Nguồn đạm bổ sung cho đất chủ yếu dựa vào nguồn phân hữu cơ và sự cố định đạm của các vi sinh vật sống trong đất Ngoài ra, bản thân phân hữu cơ có chứa các nguyên tố N, P, K, Ca, Mg và nhiều nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng

2.5.3 Một số phương pháp ủ phân compost

Phương pháp ủ theo luống dài

Phương pháp ủ phân compost ngoài trời có thể là phương pháp được ứng dụng phổ biến nhất Vì phương pháp này là điển hình của phương pháp ủ phân với quy mô lớn, cũng thường là tiêu chuẩn để các phương pháp khác so sánh Phương pháp ủ phân compost ngoài trời là phương pháp mà vật liệu ủ được đổ thành từng luống ủ hẹp dài hoặc đống nhỏ Các luống ủ này được làm thoáng bằng các phương tiện thụ động như khuếch tán gió, đối lưu nhiệt Để hỗ trợ cho thoáng khí thụ động, các luống ủ này phải được xới trộn đều đặn Việc xáo trộn và cung cấp nguồn dưỡng chất làm nguyên liệu đồng nhất trong luống

ủ, giải phóng gas, nhiệt, nước, chất dinh dưỡng và vi sinh ra khỏi luống ủ, trao đổi khí từ môi trường oxi trên bề mặt luống ủ đến nơi oxi thiếu và ấm hơn gần trung tâm luống Tùy

21

thuộc vào sự cung cấp nguồn dưỡng chất và sự thâm nhập của thiết bị trộn, việc xới trộn cũng làm nhỏ đi kích thước hạt

Phương pháp ủ theo đống thổi khí thụ động

Phương pháp ủ phân compost theo đống thoáng khí thụ động là một phương pháp quản lí đơn giản được ứng dụng trong nguyên liệu phân hủy chậm như lá, vỏ cây, mảnh gỗ vụn phế phẩm nông nghiệp Hầu hết các đống ủ đều trải ra tự nhiên, kích thước tương đối to thường cao từ 2 – 5m Thông thường chiều rộng gấp gần 2 lần chiều cao Chiều dài đống ủ không ảnh hưởng tới quá trình ủ phân

Phương pháp ủ theo luống thổi khí cưỡng bức

Phương pháp ủ phân compost theo luống thổi khí cưỡng bức là phương pháp điển hình làm phân compost, được ứng dụng để làm giảm thời gian quy trình công nghệ và cũng làm giảm đi mùi hôi sinh ra từ các chất thải sinh học Được ứng dụng cho nguồn nguyên liệu rắn nhiều hơn các nguồn nguyên liệu khác

Phương pháp này có nhiều biến đổi, đặc biệt ở phần công nghệ điều khiển nhưng cơ bản là giống nhau

2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân compost

Nguyên liệu

Những nguyên liệu ủ phân hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật do đó chúng chứa nhiều dưỡng chất vi lượng và đa lượng thiết yếu cho cây trồng Với một lượng đạm bổ sung đáng kể, hầu hết những dinh dưỡng khoáng hiện diện trong phân hữu cơ sẽ được duy trì trong suốt quá trình ủ nếu đống ủ được quản lý các điều kiện ủ tốt Tuy nhiên, có sự thay đổi đáng kể đối với lượng dưỡng chất trong phân hữu cơ do việc sử dụng các nguồn nguyên liệu ủ khác nhau Những loại phân hữu cơ được ủ từ những nguyên liệu khác nhau sẽ có lượng dưỡng chất khác nhau (trích dẫn Lê Thị Thanh Chi, 2008)

Nhiệt độ

Nhiệt sinh ra trong đống ủ là do hoạt động phân huỷ chất hữu cơ của vi sinh vật Sự gia tăng nhiệt trong đống ủ sẽ giúp chất hữu cơ nhanh hoai mục hơn Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá cao có thể làm vô hiệu quá hoạt động phân huỷ của một số enzym do vi sinh vật tiết ra để xúc tác cho phản ứng phân huỷ chất hữu cơ (Atlas và Bartha, 1981)

22

Mỗi loài vi sinh vật chỉ có thể phát triển và hoạt động tốt trong khoảng nhiệt độ nhất định

Vi sinh vật có thể bị chết khi nhiệt độ đạt trên khoảng chịu đựng Do đó, trong quá trình ủ, yếu tố nhiệt độ đôi khi rất có lợi, có thể dùng để loại trừ những loài vi sinh vật gây bệnh Nếu nhiệt độ đống ủ đạt trên 70 0C thì có thể tiêu diệt được phần lớn các mầm bệnh có trong vật liệu ủ phân hữu cơ Tuy nhiên nhiệt độ quá cao và kéo dài cũng tiêu diệt luôn cả các nhóm vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ và làm giảm tốc độ hoai mục Bach và ctv (1984) cho rằng tốc độ phân huỷ chất hữu cơ tối ưu trong khoảng 60 – 65 0C Ở nhiệt độ cao trên 70 0C vẫn có thể có một số vi sinh vật ưa nhiệt hiếu khí hoạt động nhưng mật số của chúng thường thấp do lượng oxy trong đống ủ giảm ở nhiệt độ cao (Blain Metting, 1995)

Nhiệt độ trong đống ủ thường tăng cao do sự phát nhiệt và sự lưu giữ nhiệt của chính khối ủ Nguyên nhân phát nhiệt do sự oxy hoá của một số chất béo (Blain Metting, 1995)

và khi hoá năng chuyển thành nhiệt năng trong hoạt động trao đổi chất và phân huỷ hữu

cơ của vi sinh vật (Batley, 1987) Sự phát nhiệt và nhiệt độ của đống ủ có mối quan hệ điều chỉnh lẫn nhau Khi hoạt động của vi sinh vật mạnh dẫn đến gia tăng phát nhiệt và

có thể làm nhiệt độ của khối ủ tăng cao Nhiệt độ quá cao lại có tác dụng nghịch là giảm hoạt động của vi sinh vật và dẫn đến giảm sự phát nhiệt, đống ủ thường có nhiệt độ tối đa khoảng 80-82 0C Nếu đống ủ được quản lý tốt, nhiệt độ có thể được duy trì ở mức độ cao khỏang vài tuần (ngoại trừ giai đoạn xới trộn) Vì thế, yếu tố quan trọng nhất để theo dõi đống ủ là nhiệt độ Nhiệt độ đống ủ cần được theo dõi ít nhất là hàng tuần (Mark, 1995) Nhiệt độ đống ủ và khả năng dẫn nhiệt của chất ủ đặc biệt quan trọng, liên quan đến khả năng giữ nhiệt và sự phân bố đồng đều nhiệt trong khối ủ Nguyên liệu ủ có ẩm

độ càng cao thì khả năng giữ nhiệt càng lớn Do tính dẫn nhiệt của chất hữu cơ thường thấp, ngược lại lượng nhiệt sinh ra trên mỗi đơn vị thể tích lại tương đối cao nên nhiệt có

xu hướng giữ lại hơn là mất đi do nhiệt bị dẫn thoát ra ngoài đống ủ Đống ủ có nhiệt độ quá cao cũng dẫn đến bất lợi cho hoạt động của vi sinh vật và giảm tốc độ hoai mục chất hữu cơ Do đó vấn đề quản lý nhiệt, làm thế nào loại bỏ lượng nhiệt dư thừa trong quá trình ủ rất quan trọng (Blain Metting, 1995)

23

Trên thực tế để loại bỏ nhiệt dư thừa sinh ra trong quá trình ủ người ta quản lý thông qua hình dáng và kích thước của khối ủ để có thể tăng sự đối lưu tự nhiên và bốc hơi nước Một biện pháp hữu hiệu thường hay dùng là đảo trộn để có thể vừa loại bỏ được nhiệt độ

dư thừa và cung cấp thêm oxy cho hệ thống

Ẩm độ

Nước cần thiết cho hoạt động sinh lý của vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ chất hữu cơ Nước đóng vai trò hoà tan muối và một số chất hữu cơ, là môi trường sinh sống của vi sinh vật Ẩm độ của nước có liên quan trực tiếp đến sự trao đổi khí của đống ủ (Blain Metting, 1995) Thừa ẩm độ làm giảm sự trao đổi khí, dẫn đến thiếu oxy, thoát nhiệt kém Tuy nhiên khi ẩm độ thấp có thể dẫn đến hạn chế sự phát triển của vi sinh vật Theo Miller (1989) khả năng chịu hạn của vi khuẩn kém hơn nấm và xạ khuẩn nhưng lại có vai trò quan trọng hơn trong phân huỷ chất hữu cơ ở giai đoạn đầu của quá trình ủ (trích Lê Hoàng Việt, 2004)

Trong trường hợp ủ hiếu khí, ẩm độ cao sẽ ngăn cản quá trình thông khí và làm cho mẻ

ủ trở nên yếm khí Ẩm độ của nguyên liệu từ 50 – 70 % (trung bình là 60%) thích hợp cho ủ compost và nên giữ ẩm độ cho đến cuối giai đoạn nhiệt độ cao (Lê Hoàng Việt, 2004)

Oxy

Oxy là nguyên tố rất quan trọng trong ủ compost Thiếu oxy làm cho phân huỷ chất hữu

cơ chậm lại, sự phát nhiệt của đống ủ sẽ giảm xuống Do đó điều kiện yếm khí là điều không mong muốn trong ủ phân hữu cơ (Blain Metting, 1995) Trong môi trường ẩm độ quá cao dể tạo điều kiện yếm khí, làm giảm tốc độ phân huỷ chất hữu cơ, tạo ra nhiều hợp chất hữu cơ trung gian có hại cho cây trồng Ẩm độ cao dẫn đến các khoảng trống trong đống ủ bị lắp đầy nước, làm giảm trao đổi khí, giảm cung cấp ôxy, tăng tính giữ nhiệt của đống ủ Sự trao đổi hay khuếch tán không khí trong ủ phân hữu cơ bị ảnh hưởng bởi hình dáng, kích thước của đống ủ Thiết kế nơi ủ để tạo sự đối lưu tốt hoặc

sử dụng thêm hệ thống quạt để tăng sự đối lưu là yếu tố rất quan trọng Sự thông thoáng của đống ủ được đánh giá theo hàm lượng O2 có trong không khí của đống ủ

Có nhiều ý kiến khác nhau về vấn đề này Willson và ctv (1980) cho rằng hàm lượng

24

ôxy trong không khí đống ủ đạt 5% là thoáng khí Trong khi đó Suler và Finstein (1977) (trích theo Blain Metting, 1995) cho là 10% De Bertordi và ctv (1988) thấy rằng hoạt động của vi sinh vật tối ưu nhất khi nồng độ ôxy đạt 15-20% (trích Lê Hoàng Việt, 2004)

Tỉ lệ C/N

C/N là thông số quan trọng nhất về các chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật Quá nhiều cacbon sẽ làm chậm quá trình phân hủy, còn lượng đạm cao sẽ gây mùi hôi thối Cacbon trong các chất thải hữu cơ được vi sinh vật đồng hóa để tạo nên tế bào mới chiếm khoảng 20-40%, phần còn lại được biến đổi thành CO2 và quá trình sinh năng lượng Các

tế bào vi khuẩn chứa 50% C và 5%N, do đó lượng đạm cần thiết trong khối ủ phải chiếm

từ 2-4%

C/N tối ưu cho quá trình ủ là 35-40, nếu tỉ lệ này nhỏ hơn 35 thì quá trình phân hủy diễn ra nhanh, N mất đi thông qua sự bay hơi NH3, nếu C/N trên 40 quá trình phân hủy sẽ chậm lại, phân sẽ chậm hoai mục (Stratton, 1995 )

Mối tương quan giữa tỉ số C/N và thời gian ủ compost như sau:

C/N = 20 Thời gian ủ 12 ngày

C/N = 20 – 50 Thời gian ủ 14 ngày

C/N = 78 Thời gian ủ 21 ngày

Khi C/N nhỏ hơn 20, đạm N sẽ mất đi do quá trình chuyển đổi thành NH3 đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ, pH cao

Mối tương quan giữa tỷ lệ C/N và lượng đạm bị thất thoát được thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 2.5.4 Mối tương quan giữa tỷ lệ C/N và lượng đạm bị thất thoát

Vi sinh vật

Sự phân huỷ chất hữu cơ trong phân hữu cơ được thực hiện bởi nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau Hoạt động của chúng tạo ra sự thay đổi của môi trường ủ như phát nhiệt, ôxy hoá khử, thay đổi pH,… Mỗi loài vi sinh vật có vai trò khác nhau trong phân huỷ chất hữu

cơ Tuỳ theo mục đích ủ và sản phẩm cần thu được người ta quan tâm đến các loài vi sinh vật khác nhau và sự phát triển của chúng trong quần thể vi sinh vật trong hệ thống ủ

Nguyên liệu sau khi ủ trở nên hoai mục là do hoạt động vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm nguồn thức ăn giúp chuyển hoá xác bã hữu cơ tươi thành chất mùn, phân huỷ các chất hữu cơ dễ phân huỷ Khả năng phân huỷ các thành phần chất hữu cơ của các nhóm vi sinh vật khác nhau rất nhiều Vi khuẩn dễ phân hủy amino acid và các thành phần hữu cơ chứa nhiều đạm với tỉ lệ C/N 10:1 đến 20:1 Trong khi đó nấm có thể phân huỷ chất hữu cơ có tỉ

lệ C/N từ 75:1 đến 200:1 như rơm rạ, xác mía Trong chất liệu ủ giàu hợp chất đạm vi khuẩn phát triển rất mạnh ở giai đoạn đầu vì có nhiều đạm dễ phân huỷ Ở giai đoạn sau nấm lại dễ thích nghi với môi trường hơn vì còn lại nhiều hợp chất hữu cơ khó phân huỷ (Blain Metting, 1995)

triển của một số loài vi khuẩn yếm khí ưa nhiệt, chủ yếu là nhóm Bacillus (Fermor và ctv,

1979)

Xạ khuẩn: thích hợp với môi trường trung tính, có thể hơi kiềm Xạ khuẩn có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ tương đối khó phân huỷ Nhiều loài chịu nhiệt, có thể phát triển ở nhiệt độ khoảng 50 0C Một số loài có thể sống ở nhiệt độ 60 - 65 0C Hầu hết xạ khuẩn sinh trưởng tốt trong điều kiện ẩm, thoáng khí, đây là môi trường sau vài tuần ủ (sau giai đoạn phân huỷ tích cực ban đầu) Sự phát triển của xạ khuẩn thường kéo dài trong giai đoạn sau của quá trình ủ

Nấm: thường phát triển trong giai đoạn sau của ủ phân hữu cơ khi chất liệu ủ còn chủ yếu

là cellulose và lignin (De Bertordi và ctv, 1983), là những thành phần khó phân huỷ Nhiệt

độ môi trường ủ cao cũng ức chế sự phát triển của nấm Rất ít loài nấm có thể phát triển ở nhiệt độ trên 50 0C (Waksman và ctv, 1939) Mật số và hoạt động của nấm thường nhỏ hơn vi khuẩn khoảng 10 lần (Griffin, 1985) Hầu hết nấm đều thích hợp trong môi trường háo khí (Griffin, 1985)

Động thái của quần thể vi sinh vật trong quá trình ủ: nhu cầu C và N của vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm khác nhau Trong quần thể hỗn hợp khoảng 3-10 % C của chất liệu ủ bị tiêu thụ bởi vi khuẩn, 15-30 % bởi xạ khuẩn, 30-40 % bởi nấm Vi khuẩn cần 1-2 % N của chất liệu ủ để tạo một đơn vị C trong tế bào, xạ khuẩn cần 3-6 %, còn nấm cần 3-4 % Do đó sự phân huỷ chất hữu cơ ở giai đoạn ủ đầu sẽ tạo ra đạm dễ tiêu cho xạ khuẩn và nấm sử dụng

ở giai đoạn sau Như vậy diễn thế của các nhóm vi sinh vật phụ thuộc vào thành phần dinh

27

dưỡng của chất liệu trong quá trình ủ Sự phát triển ban đầu của vi khuẩn sẽ tạo điều kiện cho nấm và xạ khuẩn phát triển ở giai đoạn tiếp sau (Alexander, 1977)

Diễn thế của quần thể vi sinh vật còn phụ thuộc vào động thái của nhiệt độ trong quá trình

ủ Khởi đầu là sự phát triển của nhóm ưa nhiệt độ trung bình (40- 45 0C) Khi nhiệt độ của đống ủ tăng kéo theo ưu thế của nhóm ưa nhiệt (55-65 0C) Nhiệt độ giảm xuống trong giai đoạn sau của quá trình ủ dẫn đến sự phục hồi của nhóm ưa nhiệt độ trung bình, trong đó có

cả nấm (Walker và Harrison, 1960; Chang và Hudson, 1967) Ở nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao số lượng vi khuẩn đều chiếm ưu thế Số lượng vi khuẩn ở nhiệt độ cao khoảng 108-1012/g Ở nhiệt độ trung bình mật số vi khuẩn khoảng một bậc cao hơn mật số ở nhiệt

độ cao Dưới 60 0C mật số xạ khuẩn nhỏ hơn vi khuẩn khoảng một bậc Nấm hầu như biến mất khi nhiệt độ trên 600C, đối với xạ khuẩn là trên 70 0C Dưới 50 0C mật số của nấm có thể đạt đến 105 - 108/g (Blain Metting, 1995)

Quan hệ quần thể vi sinh trong hệ thống ủ: quần thể vi sinh vật luôn có sự tương tác hỗ trợ nhau hoặc đối kháng nhau trong phân huỷ chất hữu cơ Điển hình của sự tương tác hỗ tương là một vài nhóm vi sinh vật tiên phong trong phân huỷ chất hữu cơ Sản phẩm phân huỷ của chúng sẽ là nguồn thức ăn của một số nhóm khác, nhưng lại có thể ức chế hoạt động của một số nhóm vi sinh vật nào đó Qua đó cho thấy nếu không có sự tương trợ nhau thì chất hữu cơ không được phân huỷ gần đạt mức hoàn toàn Vai trò của mỗi nhóm

vi sinh vật như là một mắc xích trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ Tuy nhiên trong tự nhiên vẫn có những trường hợp đối kháng Hoạt động của các nhóm vi sinh vật tiết ra các chất ức chế hoặc sản phẩm phân hủy của chúng ức chế hoạt động của các nhóm vi sinh vật khác Waksman và ctv (1939) nhận thấy rằng sự đa dạng của quần thể vi sinh vật trong ủ phân hữu cơ giúp phân huỷ được nhiều chất hữu cơ hơn so với quần thể đơn

2.5.5 Các dấu hiệu kết thúc của tiến trình ủ phân

Nhiệt độ mẻ ủ giảm dần đến mức cân bằng với nhiệt độ bên ngoài, thể tích, trọng lượng khối ủ giảm so với ban đầu

Hàm lượng chất hữu cơ giảm biểu hiện qua các chỉ tiêu vi sinh, COD, %C, tỷ lệ C/N giảm đều

Sự hiện diện của NO3- và không còn NH3.

2.5.6 Chất lượng phân compost: chất lượng phân Compost được đánh giá dựa

trên 4 yếu tố sau:

Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóa học, thuốc trừ sâu, );

Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo,…);

Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp ở mức không ảnh hưởng có hại đến cây trồng);

Độ ổn định (độ chín, hoai) và hàm lượng chất hữu cơ

3.1.2 Mục tiêu cụ thể

 Xác định phương pháp tiền xử lý bùn biogas và lục bình trở thành nguyên liệu ủ phân compost hiệu quả

 Tạo ra sản phẩm phân compost từ bùn biogas và lục bình

 Xác định được thành phần, tính chất của sản phẩm phân compost sau nghiên cứu

 Xây dựng quy trình sản xuất phân compost từ bùn thải biogas và lục bình

 Đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp thu thập dữ liệu

Thu thập tài liệu từ các bài báo khoa học, sách, tài liệu tham khảo từ thư viện trường Đại học Sài Gòn, internet để có cái cái nhìn khách quan và toàn diện hơn cho công tác đánh giá

Nội dụng nghiên cứu được ra đưa ra từ việc kết hợp số liệu, kết quả nghiên cứu liên quan của các tác giả khác nhau và kết quả phân tích, theo dõi thử nghiệm của chính tác giả Các mô hình và các công thức áp dụng trong nghiên cứu này được tác giả thực hiện dựa trên các tài liệu đã được công bố rộng rãi

3.2.2 Phương pháp phân tích chỉ tiêu

Nhiệt độ: Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ ở trung tâm đống ủ

Ẩm độ: Cân trọng lượng mẫu tươi và mẫu sấy khô (cân trọng lượng mẫu khô không

khí, sau đó sấy mẫu ở nhiệt độ 1050C, đến khi trọng lượng không thay đổi, cân mẫu đã sấy khô và xác định % độ ẩm theo khối lượng)

pH: được xác định bằng máy đo HANA HI8424 xác định [H+] trong dung dịch ly trích với tỷ lệ mẫu: nước là 1: 5

30

TOC: Dựa theo phương pháp Walkley – Black – Oxy hóa các bon hưu cơ bằng

dung dịch kali dicromat dư trong môi trường axit sunfuric, sử dụng nhiệt do quá trình hòa tan axit sunfuric đậm đặc vào dung dịch dicromat, sau đó chuẩn độ lượng dư bicromat bằng dung dịch sắt hai, từ đó suy ra hàm lượng các bon hữu cơ theo công thức:

Trong đó:

V: Thể tích dung dịch K2Cr2O7 sử dụng tính bằng mililit (ml);

a: Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu trắng tính bằng mililit (ml);

b: Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu thử tính bằng mililit (ml);

m :Khối lượng mẫu cân để xác định tính bằng gam (g);

3: Đương lượng gam của các bon tính bằng gam (g);

100/75 Hệ số quy đổi (do phương pháp này có khả năng oxy hóa 75% tổng lượng các bon hữu cơ)

OM: chất hữu cơ được tính dựa vào TOC theo công thức như sau:

Trong đó: 2.2 là hệ số chuyển đổi từ cacbon hữu cơ sang chất hữu cơ

K hh , P hh lần lượt được phân tích theo TCVN 8560:2010, TCVN 8559:2010 tại phòng thí nghiệm Phân Tích Và Kỹ thuật Công Nghệ thuộc Trung Tâm Công Nghuệ Môi Trường (Viện Tài Nguyên Môi Trường)

TN, axit humic được gởi phân tích theo TCVN 8557:2010 và TCVN 8561:2010

tương ứng tại Công ty Cổ Phần Dịch Vụ Khoa Học Công Nghệ Sắc Ký Hải Đăng (EDC - HĐ)

Các chỉ tiêu cảm quan (màu, mùi, côn trùng ): theo dõi cảm quan và ghi nhận

những thay đổi trong suốt quá trình thử nghiệm

3.2.3 Phương pháp xử lí số liệu thống kê

Sử dụng phần mềm Excel để quản lý số liệu, vẽ đồ thị, tính toán và so sánh các giá trị trung bình nghiệm thức

31

3.3 Phương pháp tiến hành nghiên cứu

3.3.1 Lập quy trình tiến hành nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu được tiến hành theo quy trình từ bước đầu lấy nguyên liệu đến bước cuối cùng là đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm được mô tả trong sở đồ sau: Các bước nghiên cứu được trình bày trong sơ đồ sau:

Hình 3.3.1 Sơ đồ mô tả quy trình tiến hành nghiên cứu