NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH TỪ MẠT CƯA SAU TRỒNG NẤM

Một trong những biện pháp hữu hiệu là ứng dụng rộng rãi các chế phẩm sinh học, sử dụng phân hữu cơ vi sinh nhằm thay thế các hoá chất bảo vệ thực vật và các loại phân hoá học có tác động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

***************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT

PHÂN HỮU CƠ VI SINH TỪ MẠT CƯA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

***************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT

PHÂN HỮU CƠ VI SINH TỪ MẠT CƯA

SAU TRỒNG NẤM

Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực hiện

KS NGUYỄN MINH QUANG

Tháng 6/2013

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến:

Ban giám hiệu cùng toàn thể các thầy, cô của trường Đại học Nông Lâm Thành phố

Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt 4 năm qua

Cô Võ Thị Thúy Huệ và thầy Nguyễn Minh Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, hỗ trợ những điều kiện tốt nhất để em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Các anh, chị làm việc tại công ty TNHH Công nghệ Nông Lâm đã giúp đỡ, chỉ dẫn em rất nhiệt tình cho em

Tập thể lớp DH09SH đã đồng hành, chia sẽ cùng tôi những vui buồn trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài

Đặc biệt, gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, các anh, chị, em trong gia đình đã nuôi dưỡng, quan tâm, ủng hộ con về vật chất lẫn tinh thần để con có điều kiện học tập và hoàn thành khóa luận này

Và cuối cùng, em xin chúc Quý thầy cô, các anh chị, các bạn luôn dồi dào sức khỏe và thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2013

TÓM TẮT

Ở nước ta, nông nghiệp là một ngành rất quan trọng, góp phần đáng kể cho sự phát triển chung của đất nước Với xu hướng xã hội ngày càng phát triển, thì việc sản xuất nông nghiệp sạch, chất lượng đang là mục tiêu của ngành nông nghiệp hiện nay Một trong những biện pháp hữu hiệu là ứng dụng rộng rãi các chế phẩm sinh học, sử dụng phân hữu cơ vi sinh nhằm thay thế các hoá chất bảo vệ thực vật và các loại phân hoá học có tác động xấu đến môi trường

Nước ta có tiềm năng rất lớn về sản xuất nấm ăn và nấm dược liệu Hàng năm, một lượng lớn mùn cưa sau trồng nấm được thải ra môi trường mà chưa được nông dân tận dụng hợp lý Do đó đề tài “ Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ mạt cưa sau trồng nấm” đã được thực hiện nhằm tận dụng nguồn phế liệu sẵn có vừa tạo hiệu quả kinh tế cũng như đồng thời góp phần làm giảm nhẹ ô nhiễm môi trường và đẩy nhanh vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên

Thí nghiệm khảo sát khả năng phân giải cellulose của 17 chủng Trichoderma, từ 17

chủng này chọn ra một chủng có khả năng phân giải cellulose cao nhất Tiến hành ủ compost chế phẩm Trichoderma với mạt cưa sau trồng nấm với các nghiệm thức ở quy mô thí nghiệm Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ, độ ẩm, pH, C, N, C/N Chọn ra nghiệm thức tối ưu nhất để ủ pilot Đánh giá hiệu lực của phân bón trên cây cải ngọt

Kết quả thí nghiệm cho thấy, ở nghiệm thức thứ 5 với tỉ lệ chế phẩm là 8‰ , tỉ lệ phân đạm

là 1% và lân 5% cho kết quả tối ưu nhất Kết quả đánh giá trên cải ngọt cho thấy hầu hết các nghiệm thức có sử dụng phân hữu cơ sản xuất từ mạt cưa sau trồng nấm đều đạt kết quả cao hơn so với đối chứng

SUMMARY

In our country, agriculture is a very important sector, contributing significantly to the overall development of the country With the trend of growing social, agricultural production, the clean, quality is a target of agriculture today One effective method is widely used for biological products, use organic fertilizer to replace the plant protection chemicals and chemical fertilizers have harmful effect on the environment

Our country has great potential for producing edible mushroom and medicinal mushrooms Every year, alots of sawdust wood after rasing mushroom released to the environment, so farmers use not avail Demand that we proceed to implement the thesis

“Research on production of micro–organic fertilizer from sawdust woodafter raising mushroom”, take advantage of available waste, created as well as economic effeciency and contribute to reduce environmental pollution and accelerate the cycle of matter in nature

Experiments surveyed cellulose degradation of 17 Trichoderma strains and from that

selected 1 of 17 strains for the highest cellulose degradation Composted in lab–scale with Trichoderma fungi Test other influenced factor such as: temperature, humidity, pH, the ratio C/N in order to establish the compost formulas, find out the best formula after that take

composting with pilot–scale Examined on Brassica integrifoliato evaluate the quality of

fertilizer

The results reported in formula 5 at a rate of 8‰ at a rate of 1% urea and 5%

phosphate fertilizers for optimum results Survey on Brassica integrifoliafound that

productivity of the formulas with micro–organic fertilizers were higher than control one Key words: composting, sawdust after planted mushroom

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Summary iv

Mục lục v

Danh sách các chữ viết tắt viii

Danh sách các bảng ix

Danh sách các hình x

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 1

1.3 Nội dung thực hiện 1

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

2.1 Phân loại và lịch sử nghiên cứu nấm Trichoderma 2

2.1.1 Phân loại khoa học 2

2.1.2 Lịch sử nghiên cứu Trichoderma 2

2.1.3 Nguồn gốc 2

2.1.4 Đặc điểm hình thái 3

2.1.5 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa, sinh học 4

2.1.6 Ứng dụng vi nấm Trichoderma 5

2.1.6.1 Lương thực và nguyên liệu sợi 5

2.1.6.2 Kích thích sự tăng trưởng của cây trồng 5

2.2 Phân hữu cơ vi sinh 6

2.2.1 Lịch sử phát triển phân bón vi sinh 6

2.2.2 Định nghĩa 6

2.2.3 Thành phần phân vi sinh 7

2.3 Tổng quan về compost 7

2.3.1 Lịch sử hình thành 7

2.3.2 Định nghĩa 7

2.3.3 Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ 8

2.3.3.1 Phản ứng sinh hóa 8

2.3.3.2 Phản ứng sinh học 9

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost 10

2.3.4.1 Các yếu tố vật lý 10

2.3.4.2 Các yếu tố hóa sinh 12

2.5 Một số phương pháp nghiên cứu 14

2.5.1 Trên thế giới 14

2.5.1.1 Phương pháp ủ phân theo luống dài (đánh luống cấp khí tự nhiên) 14

2.5.1.2 Phương pháp ủ phân theo luống dài hoặc đống 15

2.5.1.3 Phương pháp ủ trong container 16

2.5.2 Nghiên cứu sản xuất phân compost ở Việt Nam 16

2.6.Tổng quan về mạt cưa dừa 17

2.6.1 Khả năng giữ ẩm 18

2.6.2 Tính ổn định về mặt vật lý 18

2.6.3 Tính chất hóa học 18

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 19

3.2 Vật liệu 19

3.2.1 Hóa chất làm môi trường 19

3.2.2 Dụng cụ và thiết bị 19

3.3 Phương pháp nghiên cứu 20

3.3.1 Qui trình thực hiện 20

3.3.2 Các phương pháp xác định hoạt độ enzyme 21

3.3.2.1 Phương pháp xác định hàm lượng đường khử 21

3.3.2.2 Phương pháp xác định hoạt độ enzyme cellulase 22

3.3.3 Phương pháp đếm khuẩn lạc xác định mật số tế bào 23

3.3.4 Nhiệt độ 24

3.3.5 Độ ẩm 24

3.3.6 Đo pH 25

3.3.7 Phương pháp xác định tổng số cacbon hữu cơ (10TCN 366–99) 25

3.3.8 Định lượng ni tơ tổng số bằng phương pháp Kjeldahl (10 TCN 304–97) 25

3.3.9 Nhân sinh khối nấm Trichoderma trên môi trường bán rắn 25

3.3.10 Khảo sát ảnh hưởng của nấm Trichoderma lên quá trình ủ 26

3.3.12 Xử lý số liệu 27

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Kết quả định tính dựa vào đường kính vòng tơ và vòng phân giải 28

4.2 Kết quả định lượng hoạt độ enzym cellulase của các chủng nấm 29

4.3 Đặc tính của mùn cưa đầu vào và các chế phẩm vi sinh 30

4.4 Theo dõi sự thay đổi các yếu tố trong quá trình ủ ở qui mô 30

4.4.1 Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ 30

4.4.2 Theo dõi sự thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ 32

4.4.3 Theo dõi sự thay đổi pH trong quá trình 32

4.4.4 Theo dõi sự thay đổi hàm lượng cacbon trong quá trình ủ 33

4.4.5 Theo dõi sự thay đổi hàm lượng nitơ trong quá trình ủ 34

4.4.6 Theo dõi sự thay đổi của tỉ lệ C/N trong quá trình ủ 34

4.4.7 Theo dõi sự thay đổi hàm lượng cellulose trong quá trình ủ 35

4.4.8 Đánh giá cảm quan phân hữu cơ vi sinh 35

4.4.9 Xây dựng phương pháp ủ 37

4.4.10 Kết quả ủ pilot 37

4.4.11 Kết quả thử nghiệm trên cây cải ngọt 38

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40

5.1 Kết luận 40

5.2 Đề nghị 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC

Composting Quá trình ủ hiếu khí chất thải hữu cơ bởi VSV

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Tỉ lệ C/N các loại phân (tính theo chất khô) 13 

Bảng 2.2So sánh các chỉ tiêu hóa học của mạt cưa dài 18 

Bảng 3.1 Xây dựng đường chuẩn gluose 22 

Bảng 3.2 Thực hiện phản ứng của enzyme cellulase 23 

Bảng 4.1 Đường kính vòng tơ và vòng phân giải cellulase của các chủng 28 

Bảng 4.2 Đặc tính lý hóa của mạt cưa sau trồng nấm 30 

Bảng 4.3 Đặc điểm lý, hóa, sinh của bột sinh khối nấm Trichoderma 30 

Bảng 4.4 Thành phần nguyên liệu dùng thử nghiệm hiệu lực phân bón 37 

Bảng 4.5 Kết quả khối ủ pilot sau 28 ngày ủ 37 

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của lượng phân compost đến chiều cao cây 38 

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của lượng phân compost đến số lá cây 38 

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của lượng phân compost đến khối lượng cây 39 

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Nấm Trichoderma 2 

Hình 2.2 Nấm Trichoderma phát triển trên gỗ mục 3 

Hình 2.3 Sự phát triển vùng rễ của bắp và đậu nành với sự hiện diện 5 

Hình 2.4 Biến thiên nhiệt độ của các pha 9 

Hình 3.1 Sơ đồ thực hiện thí nghiệm 20 

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tro trấu lên quá trình ủ 26 

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu lực phân bón trên cải ngọt 27 

Hình 4.1 Vòng phân giải CMC chủng T103 và chủng T17 29 

Hình 4.2 Hoạt độ enzyme của 5 chủng Trichoderma sau 48 giờ nuôi cấy 29 

Hình 4.3 Biểu đồ theo dõi sự biến thiên nhiệt độ 31 

Hình 4.4 Biểu đồ theo dõi sự biến thiên độ ẩm 32 

Hình 4.5 Biểu đồ theo dõi sự biến thiên pH 33 

Hình 4.6 Biểu đồ theo dõi sự biến thiên hàm lượng cacbon 33 

Hình 4.7 Biểu đồ theo dõi sự biến thiên nitơ 34 

Hình 4.8 Biểu đồ theo dõi sự biến thiên tỉ lệ C/N 35 

Hình 4.9 Biểu đồ theo dõi sự biến thiên hàm lượng cellulose 35 

Hình 4.10 Mạt cưa trước khi ủ 36 

Hình 4.11 Mạt cưa sau khi ủ 28 ngày 36 

Chương 1MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam có nhiều tiến bộ vượt trội và đóng góp cho sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước song rõ ràng sản xuất nông nghiệp lâu nay vẫn chưa chú trọng đúng mức việc bảo vệ môi trường Vì vậy, sản xuất nông nghiệp sạch, nâng cao chất lượng nông sản nhằm đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

và thân thiện với môi trường đang là mục tiêu của ngành nông nghiệp hiện nay Một trong những biện pháp hữu hiệu để sản xuất nông nghiệp sạch là ứng dụng rộng rãi các chế phẩm sinh học, sử dụng phân hữu cơ vi sinh nhằm thay thế các hoá chất bảo vệ thực vật và các loại phân hoá học có tác động xấu đến môi trường

Nước ta có tiềm năng lớn về sản xuất nấm ăn và nấm dược liệu do có nguồn nguyên liệu trồng nấm phong phú, nguồn lao động nông thôn dồi dào, điều kiện thời tiết thuận lợi cho phát triển nhiều chủng loại nấm và có thể trồng nấm quanh năm Hàng năm, các cơ sở trồng nấm thải ra ngoài môi trường hàng triệu tấn mạt cưa sau khi đã thu hoạch nấm Việc tận dụng hiệu quả nguồn phế liệu sẵn có này có ý nghĩa rất lớn trong việc tạo hiệu quả kinh tế đồng thời góp phần làm giảm nhẹ ô nhiễm môi trường và đẩy nhanh vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Do đó đề tài

“Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ mạt cưa sau trồng nấm” đã được thực hiện

1.2 Yêu cầu của đề tài

Tận dụng nguồn phế phẩm mạt cưa sau trồng nấm sản xuất phân hữu cơ vi sinh giúp giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường do phế phẩm này gây ra, đồng thời tạo nguồn phân bón hữu cơ cung cấp cho cây trồng

1.3 Nội dung thực hiện

Nội dung chính của đề tài bao gồm định tính và định lượng hoạt tính enzyme

cellulose của các chủng Trichoderma; xây dựng quy trình ủ phân compost từ mạt cưa sau trồng nấm có sự tham gia của các chủng Trichoderma ở quy mô phòng thí nghiệm

và pilot; đánh giá hiệu lực của phân bón trên cây cải ngọt

Chương 2TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Phân loại và lịch sử nghiên cứu nấm Trichoderma

2.1.1 Phân loại khoa học

2.1.2 Lịch sử nghiên cứu Trichoderma

Các chi Trichoderma đã được mô tả năm 1791 tại Đức và bốn loài đã được mô tả

ban đầu Năm 1927, Gilman và Abbott được công nhận bốn loài Các loài này được phân biệt dựa trên cơ sở màu sắc và hình dạng bào tử nấm của chúng và về sự xuất

hiện của Colony Phần lớn các loài được xác định là T lignorum (= T viride) bởi vì các bào tử của của nó có dạng hình cầu hoặc là T koningii có dạng hình chữ nhật

Tiềm năng sử dụng Trichoderma sp Như là các tác nhân kiểm soát sinh học đã được

đề xuất hơn 80 năm trước đây bởi Weindling (1923) là người đầu tiên cho thấy hoạt

động kí sinh của các thành viên của các chi này với tác nhân gây bệnh như R solani

Trichodermacó lẽ nổi tiếng nhất là “kí sinh nấm” được đề xuất như một tác nhân kiểm

soát inh học chống lại tác nhân gây bệnh truyền qua đất trên nhiều cây trồng

2.1.3 Nguồn gốc

Trichoderma được tìm thấy khắp mọi nơi trừ những vĩ độ cực Nam và cực Bắc

Hầu hết các dòng Trichoderma đều hoại sinh, chúng phổ biến trong những khu rừng

nhiệt đới hay cận nhiệt đới, ở rễ cây, trong đất hay xác vi sinh vật đã chết, hoặc những thực phẩm bị chua, ngũ cốc, lá cây hay kí sinh trên những loại nấm khác (Gary

J.Samuels, 2004) Trichoderma rất ít được tìm thấy trên thực vật và không sống nội kí

Khuẩn ty (sợi nấm) của Trichoderma không màu, có tốc độ phát triển rất nhanh,

trên môi trường PGA ban đầu có màu trắng, khi sinh bào tử thì chuyển sang xanh đậm, xanh vàng hoặc lục trắng Ở một số loài còn có khả năng tiết ra một số chất làm thạch của môi trường PGA hóa vàng

Ở một số loài Trichoderma cuống bào tử chưa được xác định Cuống bào tử là

một nhóm sợi nấm bện vào nhau Một số loài khác có cuống bào tử mọc lên

từ những cụm hay những nốt sần dọc theo sợi nấm hoặc ở khu vực tỏa ra của khuẩn

lạc (T.koningii), có kích thước từ 1–7 µm, có hình đệm rất rắn chắc hoặc dạng như

bông không rắn chắc, những nốt sần dạng này được tách dễ dàng khỏi bề mặt thạch agar và chúng hoạt động như chồi mầm

Bào tử đính của Trichoderma là một khối tròn mọc lên ở đầu cuối của cuống sinh bào tử (phân nhiều nhánh), mang các bào tử trần bên trong không có

vách ngăn, không màu, liên kết nhau thành chùm nhỏ nhờ chất nhầy Đặc điểm nổi bật của nấm Trichoderma là bào tử có màu xanh đặc trưng, một số ít có màu trắng

(như T.virens), vàng hay xanh xám Chủ yếu hình cầu, hình ellip hoặc hình oval (với tỉ

lệ dài: rộng từ 1 – 1,1µm) hay hình chữ nhật (với tỉ lệ dài: rộng là hơn 1,4 µm), đa số các bào tử trơn láng Kích thước không quá 5 µm

Nhờ có khả năng tạo thành bào tử chống chịu (chlamydospores) mà

T.harzianum có thể tồn tại 110 – 130 ngày dù không được cung cấp chất dinh

dưỡng Chlamydospores là những cấu trúc dạng ngủ làm tăng khả năng sống sót của Trichoderma trong môi trường không được cung cấp chất dinh dưỡng nên chlamydospores có thể được dùng để tạo chế phẩm phòng trừ sinh học

2.1.5 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa, sinh học

Đa số các dòng nấm Trichoderma phát triển ở trong đất có độ pH từ 2,5 đến 9,5

Phát triển tốt ở pH 4,5 – 6,5 Nhiệt độ để Trichoderma phát triển tối ưu

thường là 25– 300C Một vài dòng phát triển tốt ở 350C Một số ít phát triển được ở

400C (Gary J Samuels, 2004) Theo Prasun K M và Kanthadai R (1997) hình

thái khuẩn lạc và bào tử của Trichoderma khác nhau khi ở những nhiệt độ khác nhau

Ở 350C chúng tạo ra những khuẩn lạc rắn dị thường với sự hình thành bào tử nhỏ và ở mép bất thường, ở 370C không tạo ra bào tử sau 7 ngày nuôi cấy

Trichoderma là loài sản xuất nhiều kháng sinh và enzyme như chitinolytic (enzyme phân giải chitin), cellulolytic (enzyme phân giải cellulose), đây là hai enzyme chính phân giải thành và màng tế bào, phá hủy khuẩn ty của các nấm đối kháng với

Trichoderma Một vài loài Trichoderma có tác động làm tăng tỉ lệ nẩy mầm Tuy

nhiên cơ chế của tác động này chưa được biết (Gary J Samuels, 2004)

Trong quá trình sinh sản vô tính của Trichoderma có thể xảy ra hiện tượng

độtbiến nên di truyền lại cho thế hệ sau hoặc sai sót từ quá trình phân chia tế bào và tác động của điều kiện môi trường sống khác nhau nên sẽ dẫn đến sự sai khác và đa

dạng trong kiểu gen cũng như kiểu hình của cùng một loài Trichoderma Vì thế, sẽ tạo

ra những dòng thích nghi tốt trong điều kiện sinh thái, địa lý khác nhau và đây chính

là những dòng rất có ý nghĩa trong nghiên cứu cũng như trong việc tạo chế phẩm sinh học kiểm soát mầm bệnh thực vật (Gary E Harman, 2000)

2.1.6 Ứng dụng vi nấm Trichoderma

2.1.6.1 Lương thực và nguyên liệu sợi

Nấm Trichoderma có hiệu lực cao trong sản xuất nhiều loại enzyme ngoại bào Chúng được sử dụng cho sản xuất cellulose và những enzyme khác để làm giảm tính phức tạp của polysaccharide Polysaccharide là chất được sử dụng nhiều trong lương thực và trong công nghiệp sợi Chẳng hạn, cellulose của những sợi nấm này được sử dụng để làm tăng độ mềm và tăng độ trắng của vải bông

Những loại enzyme này cũng được sử dụng trong thức ăn gia cầm để tăng sự tiêu hoá hemicellulose từ lúa mạch hay từ những loại thực phẩm khác (Gary E Harma, Corel University, Geneve, NY14456)

2.1.6.2 Kích thích sự tăng trưởng của cây trồng

Hình 2.3 Sự phát triển vùng rễ của bắp và đậu nành với sự hiện diện và

không hiện diện của nấm Trichoderma dòng T–22

With T–22: có sử dụng nấm Trichoderma.Without T–22: không sử dụng nấm Trichoderma.

Khả năng của nấm Trichoderma là làm tăng sự nảy mầm và phát triển của cây,giúp cho bộ rễ phát triển mạnh hơn Giúp cho những vụ mùa nhƣ bắp, cây cải trở nênkháng tốt với khô hạn khi sử dụng những chế phẩm từ nấm Trichoderma

Theo G E Harman, Corel University, Geneve, NY14456 nghiên cứu trên câybắp

cho thấy khi bón vào rễ cây dòng nấm Trichoderma harzianumT–22 thì giảm40%

lượng phân đạm cần bón cho cây

2.2 Phân hữu cơ vi sinh

2.2.1 Lịch sử phát triển phân bón vi sinh

Phân bón vi sinh do Noble Hiltner sản xuất đầu tiên tại Đức năm 1896 và được đặt tên là Nitragin Sau đó phát triển sản xuất tại một số nước khác như ở Mỹ (1896), Canada (1905), Nga (1907), Anh (1910) và Thụy Điển (1914)

Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizoliumdo Beijerink phân lập năm 1888 và được Fred đặt tên vào năm 1889 dùng để bón cho các loại cây thích hợp

họ đậu Từ đó cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm ứng dụng và

mở rộng việc sản xuất các loại phân bón vi sinh cố định ni tơ mà thành phần còn được phối hợp thêm một số VSV có ích khác như một số xạ khuẩn cố định ni tơ sống tự do

Frankia spp., Azotobacter spp., các vi khuẩn cố định ni tơ sống tự do Clostridium,

Pasterium, Beijerinkiaindica, các xạ khuẩn có khả năng giải cellulose, hoặc một số chủng VSV có khả năng chuyển hóa các nguồn dự trữ phospho và kali ở dạng khó hoà tan với số lượng lớn có trong đất mùn, than bùn, trong các quặng apatit, phosphoric chuyển chúng thành dạng dễ hoà tan, cây trồng có thể hấp thụ được

Ở Việt Nam, phân VSV cố định đạm cây họ đậu và phân VSV phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960 Đến năm 1987, phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện Năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị trong cả nước tập trung nghiên cứu phân VSV Các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng VSV cố định đạm và một số VSV phân giải lân

2.2.2 Định nghĩa phân hữu cơ vi sinh

Theo Tiêu chuẩn Việt Nam năm 1996 (TCVN 6168–1996), phân bón VSV được định nghĩa là phân vi sinh vật (phân vi sinh) là sản phẩm chứa các vi sinh vật sống, đã được tuyển chọn có mật độ phù hợp với tiêu chuẩn ban hành, thông qua các hoạt động sống của chúng tạo nên các chất dinh dưỡng mà cây trồng có thể sử dụng được (N, P,

K, S, Fe ) hay các hoạt chất sinh học, góp phần nâng cao năng suất và (hoặc) chất lượng nông sản Phân vi sinh vật phải bảo đảm không gây ảnh hưởng xấu đến ngư, động, thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản

2.2.3 Thành phần phân vi sinh

Thành phần chính của phân vi sinh gồm có VSV có ích được tuyển chọn (một hay nhiều chủng), chất mang (có thanh trùng hay không thanh trùng) và các VSV tạp Chất mang là chất để VSV được cấy vào đó mà tồn tại và phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển, bảo quản, sử dụng Chất mang không được chứa các chất có hại cho VSV, người, động, thực vật, môi trường sinh thái, chất lượng nông sản

VSV được tuyển chọn là các VSV được nghiên cứu, đánh giá hoạt tính sinh học

và hiệu quả sinh học đối với đất, cây trồng dùng để sản xuất phân vi sinh

VSV tạp theo quy định này là VSV có trong phân nhưng không thuộc loại VSV

Tuy nhiên đến năm 1943, quá trình ủ phân compost mới được nghiên cứu một cách khoa học và được báo cáo bởi giáo sư người Anh Albert Howard thực hiện tại Ấn

Độ Đến nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ phân compost và nhiều mô hình công nghệ ủ phân compost quy mô lớn được phát triển trên thế giới

Compost là sản phẩm của quá trình chế biến compost, đã được ổn định như humus, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo côn trùng, có thể được lưu trữ an toàn và có lợi cho sự phát triển cây trồng

2.3.3 Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ

Những chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp Căn

cứ vào sự biến thiên nhiệt độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha sau:

 Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để VSV thích nghi với môi trường mới

 Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học

Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất

Đây là giai đoạn ổn định chất thải và tiêu diệt VSV gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứng hóa sinh xảy ra trong ủ hiếu khí và phân hủy kỵ khí được đặc trưng bởi hai phương trình:

CHONS + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng CHONS + VSV kỵ khí  CO2 + H2S + CH4 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng

 Pha trưởng thành (maturation) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường Trong pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khoáng (sắt, canxi, ni tơ) và cuối cùng thành mùn Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrat hóa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2¯) và cuối cùng thành nitrat (NO3¯):

NH4+ + 3/2O2 NO2¯ + 2H+ + H2O

NO2¯ + 1/2O2 NO3¯

Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:

NH4+ + 2O2 NO3¯ + 2H+ + H2O

Mặt khác, trong mô tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng

cho quá trình tổng hợp:

NH4+ + 4CO2 + HCO3¯ + H2O  C5H7O2N + 5O2

Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:

22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3¯  21NO3¯ + C5H7O2N + 20H2O + 42H+

Hình 2.4 Biến thiên nhiệt độ của các pha

(http://luanvan.co/luan-van/ung-dung-cong-nghe-sinh-hoc-trong-xu-ly-chat-thai-ran-1437/)

2.3.3.2 Phản ứng sinh học

Ủ compost là quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong chất thải rắn được

biến đổi thành các chất mùn ổn định do hoạt động của các tổ chức có thể sống trong

điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải Các tổ chức này gồm các loại VSV như vi

khuẩn, nấm, chất thải hữu cơ được phân hủy ban đầu từ sinh vật tiêu thụ bậc một như

vi khuẩn, nấm Sự ổn định chất thải do các phản ứng của vi khuẩn thực hiện

Khi nhiệt độ tăng vi khuẩn Thermophilic xuất hiện chiếm hầu hết các vị trí trong

khối ủ, nấm thường tăng trưởng từ 5 – 10 ngày sau khi ủ Nếu nhiệt độ cao hơn 50 –

600C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế, chỉ còn các dạng bào tử có thể phát

triển Trong giai đoạn cuối cùng, khi nhiệt độ giảm nhóm vi khuẩn Atinomycetes trở

nên chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ sẽ xuất hiện màu trắng hoặc nâu Các loại vi

khuẩn thermophilic, hầu hết là các loài Bacillus đóng vai trò quan trọng trong việc

phân hủy protein và hợp chất hydratcarbon Mặc dù chỉ hoạt động bên lớp ngoài của

đống ủ và chỉ hoạt động ở giai đoạn cuối nhưng nhóm Atinomycetes đóng vai trò

trong việc phân hủy cellulose, lignin và các chất bền vững khác Sau giai đoạn tiêu thụ

bậc một hay sơ cấp thực hiện xong, các chất này sẽ là thức ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp như: ve, bọ cánh cứng, giun tròn, động vật nguyên sinh, phiêu sinh

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost

2.3.4.1 Các yếu tố vật lý

 Nhiệt độ

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trong quá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55 – 650C, vì ở nhiệt độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt Khi nhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV Ở nhiệt độ thấp hơn phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý

 Độ ẩm (nước)

Độ ẩm là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của VSV trong quá trình chế biến phân hữu cơ Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan chất dinh dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân nằm trong khoảng 50 – 60% Các VSV đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử Nếu độ ẩm quá nhỏ (nhỏ hơn 30%) sẽ hạn chế hoạt động của VSV, còn khi độ ẩm quá lớn (lớn hơn 65%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền VSV gây bệnh

Độ ẩm ảnh hưởng đến quá trình thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác

Trong trường hợp độ ẩm của khối ủ thấp, có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào Còn khi độ ẩm của khối ủ cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có

độ ẩm thấp hơn như mạt cưa, rơm rạ

Độ ẩm của phân bắc, bùn, phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó cần

bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệ thống làm compost vận hành liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm compost

 Kích thước nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các VSV trong đống ủ và giảm mức độ hoạt động của VSV Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho

sự phân bố khí không đều, không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ

Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3 – 50 mm Kích thước hạt tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sang vật liệu thô ban đầu

 Độ rỗng (độ xốp)

Độ rỗng của khối vật liệu ủ là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ Độ rỗng thay đổi tùy theo loại vật liệu chế biến phân Thông thường, để quá trình chế biến diễn ra tốt thì độ rỗng khoảng 35 – 60%, tối ưulà 32–36%

Độ rỗng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho sự trao đổi chất, hô hấp của VSV hiếu khí và sự oxy hóa các phân tử hữu cơ hiện diện trong lớp vật liệu ủ Độ rỗng thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế sự giải phóng nhiệt

và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngược lại, độ rỗng cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt Độ rỗng có thể được điều chỉnh bằng cách

sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệ trộn hợp lý

 Thổi khí

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để VSV sử dụng cho

sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt Nếu khí không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kị khí, gây mùi hôi

Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đến chi phí cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an toàn vì có thể chứa VSV gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối phân lớn hơn 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát ni

tơ dưới dạng NH3 Còn nếu thổi khí quá ít môi trường bên trong khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho quá trình ủ phân thường trong khoảng 5 –10 m3 khí/tấn nguyên liệu/giờ

Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể được thực hiện bằng cách đảo trộn, sử dụng ống khí, đổ chất thải từ tầng lưu chất trên cao xuống thấp và thổi khí

2.3.4.2 Các yếu tố hóa sinh

 Tỉ lệ Cacbon/Nitơ

Tỉ lệ C/N của nguyên liệu có ảnh hưởng đến sự phát triển của VSV.Tỉ lệ C/N tối

ưu cho quá trình ủ phân khoảng 30:1 Ở mức tỉ lệ thấp hơn, N sẽ thừa và sinh ra khí

NH3 gây ra mùi khai Ở mức tỉ lệ cao hơn hạn chế sự phát triển của VSV do thiếu N chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hóa, oxy hóa phần C dư cho đến khi đạt tỉ lệ C/N thích hợp Do đó, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn Theo nghiên cứu cho thấy nếu tỉ lệ C/N ban đầu là

20, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân là 12 ngày, nếu tỉ lệ này dao động trong khoảng 20 – 50, thời gian cần thiết là 14 ngày và nếu tỉ lệ C/N bằng 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày Mặc dù vậy, tỉ lệ này cũng có thể được hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các vật liệu ủ có hàm lượng lignin cao (Nguyễn Thị Hiền, 2009) Khi bắt đầu quá trình ủ phân, tỉ lệ C/N là 30:1 và giảm dần còn 15:1 ở các sản phẩm cuối cùng do 2/3 cacbon được giải phóng tạo ra CO2 khi các hợp chất hữu cơ bị phân hủy bởi các VSV

Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ lệ C/N tối ưu gặp phải khó khăn vì những lý do sau:

Một phần các chất như cenllulose và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ bị phân hủy sau một khoảng thời gian dài

Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV không sẵn có

Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn azotobacter,

đặc biệt khi có đủ PO43¯

Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác

Bảng 2.1 Tỉ lệ C/N các loại phân (tính theo chất khô)

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân rác Khi

VSV oxy hóa carbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2 được sinh ra

Khi không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi của khí H2S

Các VSV hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5% Nồng độ oxy lớn hơn

10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân rác hiếu khí

Tổng lượng khí cần cung cấp và do lưu lượng dòng khí là các thông số quan

trọng đối với hệ thống ủ trong thùng kín Nhu cầu oxy thay đổi theo tiến trình ủ gián

đoạn, do đó cần xác định nhu cầu oxy tối đa để chọn máy thổi khí và thiết kế hệ thống

ống phân phối khí phù hợp

 Dinh dưỡng

Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu, là cần

thiết cho sự chuyển hóa của VSV Thông thường, các chất dinh dưỡng này không có

giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu cho

quá trình ủ phân

 pH

Giá trị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các VSV trong quá trình ủ phân Các VSV, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ phân rác, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và VSV, kìm hãm sự phân hủy lignin và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân rác Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của VSV

 Vi sinh vật

Hệ VSV cần thiết cho quá trình ủ phân compost đã có sẵn trong vật liệu hữu cơ,

tự thích nghi và phát triển theo từng giai đoạn của quá trình ủ phân compost

Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật

khác nhau Vì sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm: Actinomycetes

và vi khuẩn Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm

vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn

 Chất hữu cơ

Vận tốc phân hủy dao động tuỳ theo thành phần, kích thước, tính chất của chất hữu cơ Chất hữu cơ hoà tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hoà tan Lignin và ligno – cellulosics là những chất phân hủy rất chậm

2.5Một số phương pháp nghiên cứu

2.5.1.Những phương pháp nghiên cứu trên thế giới

2.5.1.1 Phương pháp ủ phân theo luống dài (đánh luống cấp khí tự nhiên)

Dạng đánh luống cấp khí tự nhiên là quá trình ủ phân trong đó CTR được sắp xếp theo các luống dài, hẹp và được đảo trộn theo một chu kỳ nhất định nhằm cấp khí cho luống ủ

Các luống ủ có chiều cao thay đổi từ 1m (đối với nguyên liệu có mật độ dày như phân) đến 3,5m (đối với nguyên liệu nhẹ như lá cây) Chiều rộng ủ thay đổi từ 1,5 – 6m

Không khí (oxy) được cung cấp tới hệ thống bằng các con đường tự nhiên như: khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt Các luống phân thường xuyên được xáo trộn theo định

kỳ nhằm trộn điều CTR trong luống phân, trộn điều độ ẩm và hỗ trợ cho thổi khí thụ động Việc xáo trộn được thực hiện bằng xe xúc hoặc bằng xe xáo trộn chuyên dụng Các thiết bị sử dụng được xác định theo hình dạng thực tế của luống ủ

Ưu điểm: do xáo trộn thường xuyên nên chất lượng phân hữu cơ đồng đều; vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp vì không cần hệ thống cung cấp oxy cưỡng bức; kĩ thuật đơn giản

Nhược điểm: cần nhiều công nhân; thời gian ủ dài (3 – 6) tháng; do sử dụng thổi

khí thụ động nên khó quản lý, đặc biệt là khó kiểm soát nhiệt độ và mầm bệnh; xáo trộn luống ủ thường xuyên gây thất thoát nitơ và gây mùi; quá trình ủ bị phụ thuộc vào thời tiết, ví dụ như mưa có thể gây ảnh hưởng bất lợi cho quá trình ủ; phương pháp thổi khí thụ động cần một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc và loại vật liệu tạo cấu trúc phù hợp với phương pháp này thì khó tìm hơn so với các phương pháp khác Diện tích

đất cần thiết lớn

2.5.1.2 Phương pháp ủ phân theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức

Trong trường hợp này, vật liệu ủ được sắp xếp thành đống hoặc luống dài Không khí được cung cấp cho hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí qua hệ thống phân phối khí như ống phân phối khí hoặc sàn phân phối khí Chiều cao luống hay đống ủ khoảng 2 – 2,5m

Ưu điểm:dễ kiểm soát khu vận hành hệ thống, đặc biệt là kiểm soát nhiệt độ và nồng độ oxy trong luống ủ; giảm mùi hôi và mầm bệnh; thời gian ủ ngắn (3 – 6 tuần);

vì sử dụng thổi khí cưỡng bức nên luống phân có thể cao và rộng hơn so với thổi khí thụ động, do đó nhu cầu sử dụng đất thấp hơn, có thể vận hành ngoài trời hoặc có che phủ

Nhược điểm:hệ thống phân phối khí dễ bị tắc nghẽn, cần phải bảo trì thường xuyên; chi phí bảo trì hệ thống và chi phí năng lượng cho thổi khí làm tăng tổng chi phí, nên chi phí cho hệ thống này cao hơn hệ thống thổi khí thụ động

2.5.1.3 Phương pháp ủ trong container

Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container hoặc thùng kín, túi đựng hay trong nhà Thổi khí cưỡng bức thường được sử dụng cho phương pháp ủ này Có nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể

di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng quay

Ưu điểm:ít nhạy cảm với điều kiện thời tiết; khả năng kiểm soát quá trình ủ và kiểm soát mùi tốt hơn; thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời; nhu cầu diện tích nhỏ hơn so với các phương pháp khác; chất lượng phân tốt hơn

Nhược điểm:vốn đầu tư cao; chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao; thiết kế

phức tạp và đòi hỏi trình độ cao; công nhân vận hành đòi hỏi trình độ cao

2.5.2Nghiên cứu sản xuất phân compost ở Việt Nam

Ngày nay, xu thế sử dụng trở lại các nguồn phân hữu cơ thay thế cho phân hóa học chiếm ưu thế ngày càng nhiều Trong đó, một số nhà máy xử lý rác sinh hoạt thành phân compost đã ra đời nhằm phục vụ nhu cầu trên, bao gồm các nhà máy như nhà máy xử lý chất thải sau (Trần Thị Mỹ Diệu, 2002):

 Nhà máy xử lý chất thải (Cầu Diễn – Hà Nội)

 Nhà máy xử lý chất thải Tân Thành (Bà Rịa – Vũng Tàu)

 Nhà máy xử lý rác Nam Định (Nam Định)

 Nhà máy xử lý chất thải rắn – sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh Nam Thành (Ninh Thuận)

 Nhà máy sản xuất phân Compost plus (Long An)

 Nhà máy xử lý rác Thủy Phương (Hương Thủy – Thừa Thiên Huế)

Hầu hết các nhà máy chế biến compost ở Việt Nam đều có công nghệ sản xuất gần giống nhau Có thể tóm tắt khái quát hoạt động của các nhà máy như sau:

Bước 1: chất thải rắn từ xe vận chuyển đến nhà máy được đưa qua cân được đổ vào bãi hoặc nhà tập kết chất thải rắn Tại đây, chất thải rắn được phun chế phẩm EM (effective microorganisms) để khử mùi hôi và chống ruồi, muỗi

Bước 2: chất thải được xe ủi bánh lốp hoặc công nhân thủ công đưa vào phễu nạp liệu của dây chuyền phân loại bằng tay Chất thải được công nhân đứng dọc hai bên băng chuyền phân loại bằng thủ công để tách bỏ các vật chất khó phân hủy như vỏ xe,

cành cây, xà bần, kim loại, thủy tinh, nhựa, bao nylon Phế thải từ băng chuyền phân loại nhặt ra được đem đi tái chế hoặc chôn lấp tùy từng nhà máy Chất thải rắn sau khi phân loại thủ công được đưa qua máy phân loại sắt từ để thu hồi kim loại rồi được đưa vào nhà đảo trộn Tại đây, chế phẩm EM và nước rỉ rác được trộn thêm vào rác để tạo

độ ẩm tối ưu cho quá trình phân hủy chất hữu cơ cũng như hạn chế mùi hôi và côn trùng Tiếp đó, người ta dùng xe ủi bánh lốp nạp chất thải rắn thành đống cao 2,5 – 3m trong các bể ủ hiếu khí

Bước 3: ủ hiếu khí dưới đáy bể có bố trí hệ thống thổi khí cung cấp oxy để VSV

sử dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ Sau khi ủ hiếu khí khoảng 21 – 25 ngày, chất thải rắn được mang sang nhà ủ chín cũng bằng xe ủi bánh lốp Tại đây, người ta bổ sung thêm nước rồi ủ tiếp 21 – 28 ngày cho đến khi chín hoàn toàn Tiếp đó, chất thải rắn được gỡ ra đem đi nghiền, sàng để tách phần phế thải và compost Phần phế thải được tái sử dụng hoặc đưa tới bãi chôn lấp Còn compost có thể được trộn thêm một số loại men VSV, phân N:P:K để tăng chất lượng phân compost thành phẩm phụ thuộc mục đích vào sử dụng (Trần Thị Mỹ Diệu, 2002)

Ưu điểm: công nghệ đơn giản, dễ vận hành và sữa chữa; chi phí đầu tư ban đầu thấp; trình độ công nhân vận hành không đòi hỏi cao Tái sinh, tái chế được nhiều sản phẩm (khoảng 90% rác thải)

Nhược điểm: do không có xáo trộn trong quá trình ủ nên chất lượng phân không đồng đều; do khâu phân loại chưa được vận hành tốt nên phân vẫn còn lẫn nhiều tạp chất, khó tiêu thụ; mức độ cơ giới hóa, tự động hóa không cao, nên công suất xử lý chất thải rắn không cao; công nhân vận hành phải tiếp xúc lâu với môi trường độc hại nên dễ mắc phải các bệnh nghề nghiệp; do sản phẩm compost được làm từ rác thải nên khó makerting, hơn nữa bà con nông dân vẫn chưa mặn mà với sản phẩm này, bởi vậy rất cần sự can thiệp và giúp đỡ của nhà nước

2.6Tổng quan về mạt cưa dừa

Mạt cưa dừa là sản phẩm còn lại sau tước lấy phần xơ của vỏ, mạt cưa dừa có nhiều ưu điểm: sạch, không có kim loại nặng, có độ xốp cao, giữ ẩm tốt, có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ sinh hóa Tuy nhiên, trong mạt dừa chứa hàm lượng lignin tương đối cao (khoảng 58%), hàm lượng cellulose chiếm 29% và tỉ lệ

C/N là 178, vì vậy mạt dừa khó bị phân hủy trong điều kiện tự nhiên Để có thể sử dụng mạt dừa làm nguồn nguyện liệu sản xuất phân sinh hóa hữu cơ, cần tìm các biện pháp làm giảm hàm lượng lignin và cellulose để đạt được tỉ lệ C/N thích hợp

2.6.1 Khả năng giữ ẩm

Một trong những thuộc tính của mạt cưa dừa là tính giữ ẩm, không giống với than bùn khi điều kiện khô thì khó khôi phục lại độ ẩm Mạt cưa dừa có tính ưa nước ngay cả khi không khí khô hạn, đặc điểm này ảnh hưởng đến việc sử dụng nước và phân bón một cách có hiệu quả Đồng thời tính ưa nước của mạt cưa dừa cũng ảnh hưởng đến chất lượng của cây

2.6.2 Tính ổn định về mặt vật lý

Một vài vật liệu kể cả than bùn có đặc tính vật lý thay đổi rõ rệt với khả năng lưu giữ nước Các vật liệu này khi bị ướt chúng có khuynh hướng xẹp xuống, giảm khả năng giữ khí và khi khô thì chúng co rút lại Trái lại mạt cưa dừa không xẹp xuống khi

ẩm cũng như co lại quá nhiều khi bị khô, nó có tính ổn định vật lý lâu dài đảm bảo sự thoáng xốp cho rễ cây

Chương 3VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 12 đến tháng 6 năm 2013 tại trại Thực nghiệm Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường – Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM

3.2.Vật liệu

Nguyên liệu chính làmạt cưa sau trồng nấm

Cácchủng nấm Trichoderma có nguồn gốc từ phòng thí nghiệm Vi Sinh – Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường – Trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM

Các nguyên liệu khác : phân lân, phân đạm

3.2.1 Hóa chất sử dụng pha môi trường

Hóa chất sử dụng pha môi trường gồm nước cất, NaOH, cồn, thuốc thử axit dinitrosylic (DNS),CaCl2,axit acetic, CMC, glucose, KCl, MgSO4,(NH4)2PO4,NaNO3,

K2HPO4, FeSO4, agar, iod, KI

3.3.Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Qui trình thực hiện

Định tính enzyme cellulase Định lượng enzyme cellulase

Chọn nhiệm thức

tối ưu nhất

Hình 3.1 Sơ đồ thực hiện thí nghiệm

Phương pháp cấy chuyền và giữ giống: phương pháp cấy chuyền và giữ giống được thực hiện với môi trường nuôi cấy (môi trường PGA) và cho vào 1/3 ống nghiệm, khử trùng ở 121oC trong 15 phút, lấy ra và để nghiêng 45oC cho đến khi thạch đông cứng lại Sử dụng que cấy móc khử trùng cấy chuyền theo từng điểm Định tính hoạt độ enzyme cellulase bằng phương pháp đo đường kính vòng phân giải Chuẩn bị các đĩa petri môi trường cảm ứng sinh enzyme cellulase Cấy chấm mỗi

17 chủng Trichoderma 5 chủng Trichoderma

1 chủng Trichoderma

Nuôi cấy

Thu nhận chế phẩm enzyme Mạt cưa sau trồng nấm

Ủ chế phẩm với mạt cưa

Yếu tố khảo sát

Ủ theo các

nghiệm thức

C/N

pH Nhiệt độ

Độ ẩm

Ủ pilot Phân hữu cơ vi sinh (phân

tích các chỉ tiêu: tổng N, C, C/N, nhiệt độ, độ ẩm, tổng số Trichoderma)

chủng Trichoderma vào giữa đĩa petri, lặp lại 3 lần, mỗi lần 1 đĩa petri Ủ ở điều kiện nhiệt độ phòng (25–30oC) trong 48 giờ Sử dụng thuốc thử lugol vào đĩa petri, để yên trong 15 phút Sau đó dựa vào đường kính vòng phân giải để đánh giá khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase của các chủng nấm Trichoderma

Định lượng hoạt độ enzyme cellulase của các chủng nấm Trichoderma bằng phương pháp nuôi cấy trên môi trường lỏng cảm ứng sinh enzyme cellulase Từ đĩa petri nấm Trichoderma nuôi cấy trên môi trường PGA trong thời gian 48 giờ, dùng que cấy cắt thạch 1 miếng thạch nằm trong bán kính vòng tơ khoảng 4–6cm2, cấy vào 100ml môi trường cảm ứng tổng hợp enzyme cellulase (không agar, 1% CMC), nuôi cấy trong tủ lắc ổn định với vận tốc 150 vòng/phút trong 48 giờ

3.3.2 Các phương pháp xác định hoạt độ enzyme

3.3.2.1 Phương pháp xác định hàm lượng đường khử

 Nguyên lý của phương pháp xác định hàm lượng đường khử:

Phương pháp này dựa trên cơ sở phản ứng tạo màu giữa đường khử với thuốc thử DNS Cường độ tạo màu của hỗn hợp phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ đường khử Dựa vào biểu đồ đường chuẩn của glucose tinh khiết với thuốc thử DNS sẽ tính được hàm lượng đường khử của mẫu nghiên cứu

Hóa chất:

 Thuốc thử DNS : cân 1gDNS pha trong 20ml NaOH 2N, thêm 50ml nước cất

và 30g muối sodium potassium tartrate Đun cách thủy rồi cho vào bình định mức cho đủ 100ml

 Dung dịch acid acetic 0,1N : pha loãng 5,8ml dung dịch CH3COOH đậm đặc trong nước thành 1000ml

 Dung dịch sodium acetate 0,1N: cân chính xác 8,2g CH3COONa trong nước thành 1000ml

 Dung dịch đệm acetate 0,1N, pH 5,0 : trộn đều 14,8ml dung dịch CH3COOH 0,1N và 35,2mldung dịch CH3COONa 0,1N và 50ml nước cất Điều chỉnh pH bằng hai dung dịch trên

50

0,2 0,8

250

0,7

150 Hút 0,5 ml từ các ống nghiệm trên sang các ống nghiệm khác, thêm 0,5 ml thuốc

thử DNS, đun sôi 5 phút, thêm 5ml nước cất, lắc đều, đo mật độ quang ở bước sóng

530nm

Vẽ đường chuẩn glucose mẫu (500 µg/ml) với trục tung là mật độ quang, trục hoành

là nồng độ glucose mẫu (µg/ml)

Đối với mẫu thí nghiệm:

Phản ứng của dung dịchđường cần phân tích với thuốc thử DNS được tiến hành

như trong phần xây dựng biểu đồ đường chuẩn.Nồng độ đường trong mẫu được xác

định nhờ vào đường chuẩn glucose

3.3.2.2 Phương pháp xác định hoạt độ enzyme cellulase (phương pháp định lượng

glucose theo Miller)

 Nguyên tắc

Ở đây ta xác định hoạt tính cellulase bằng cách xác định hoạt tính của các

enzyme C1 và Cx thông qua việc xác định lượng khử theo phương pháp Miller

Cho enzyme tác dụng với cơ chất thích hợp trong điều kiện nhất định và xác

định lượng đường khử tạo thành

 Hóa chất

 Thuốc thử DNS: xem mục 3.3.2.1

 Dung dịch acid acetic 0,1N: xem mục 3.3.2.1

 Dung dịch sodium acetate 0,1N: xem mục 3.3.2.1

 Dung dịch đệm acetate 0,1N, pH 5,0: xem mục 3.3.2.1

 Dung dịch CMC 3mg/ml: hòa tan 0,3g CMC trong dung dịch đệm

acetate 0,1N