NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ SINH HỌC TỪ BÙN THẢI BỂ PHỐT VÀ MỘT SỐ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ SINH HỌC TỪ BÙN THẢI BỂ PHỐT VÀ MỘT

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

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ SINH HỌC TỪ BÙN THẢI BỂ PHỐT VÀ MỘT SỐ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

Ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Mã ngành : D420201 Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ THANH KIỀU

Niên khóa : 2010 – 2014

Tháng 07/2014

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

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ SINH HỌC TỪ BÙN THẢI BỂ PHỐT VÀ MỘT SỐ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực hiện

Tháng 07/2014

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, con xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng

và suốt đời tận tụy không ngại khó khăn, luôn ủng hộ, tạo cho con điều kiện tốt nhất và

là chỗ dựa vững chắc để con có được hôm nay

Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại Học Nông Lâm

TP Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học cùng tất cả thầy cô đã tận tình dạy dỗ, giúp đỡ tôi trong thời gian tôi theo học tại trường

Tôi xin cảm ơn TS Lê Thị Ánh Hồng giáo viên hướng dẫn khoa học Thật sự vinh dự và tự hào khi tôi được là học trò của cô Cô chính là người truyền cho tôi lòng nhiệt huyết và thổi lên ngọn lửa đam mê khoa học, khơi dậy ở tôi sự nỗ lực, tự tin, cố gắng không ngừng và không nản lòng trước khó khăn trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Tôi cũng xin gởi lời tri ân cô Đỗ Thị Tuyến, chị Nguyễn Thị Nhị đã hỗ trợ và luôn đóng góp cho tôi rất nhiều kinh nghiệm quý báu, không ngại thời gian cùng tôi nghiên cứu những vấn đề mới phát sinh để có kết quả thu nhận tốt nhất

Cám ơn chị Bạch Ngọc Minh, chị Huỳnh Hoàn Mỹ, bạn Đỗ Thị Liên và em Phạm Minh Trung đã hỗ trợ, giúp đỡ, động viên và cho tôi những lời khuyên trong quá trình làm thí nghiệm và hoàn thành nội dung khóa luận tốt nghiệp

Cảm ơn các thầy, cô và các anh, chị đang công tác tại phòng biến đổi công nghệ sinh học, Viện Sinh Học Nhiệt Đới đã giúp đỡ tôi trong thời gian tôi thực hiện khóa luận Cảm ơn các bạn sinh viên lớp DH10SM, đã luôn đồng hành, chia sẻ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm đề tài Cảm ơn các bạn, chúc các bạn thành công

TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014

NGUYỄN THỊ THANH KIỀU

TÓM TẮT

Tại Việt Nam có khoảng 90% các đô thị sử dụng bể tự hoại là công trình xử lý nước thải sinh hoạt chủ yếu Tuy nhiên việc quản lý bùn thải bể phốt phát sinh từ hệ thống vệ sinh tại chỗ đang là một thách thức rất lớn, do các quy định về thu gom, vận chuyển, thải bỏ hay xử lý phân bùn đúng quy cách còn chưa được ban hành Xuất phát

từ nhu cầu thực tiễn trên, đề tài được thực hiện nhằm đánh giá tính chất hóa lý của bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp, xây dựng quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp Sau đó, thử nghiệm hiệu quả phân compost đối với quá trình sinh trưởng của cây cải xanh, tìm ra loại phân compost cho chất lượng tối ưu đối với quá trình phát triển của cây cải xanh

Khi ủ bùn thải bể phốt phối trộn với vỏ cà phê có bổ sung chế phẩm Trichoderma

sp., nhiệt độ của khối ủ đạt giá trị cực đại vào ngày thứ 3 ở 550C và nhiệt độ dao động

từ 41,5 – 550C duy trì trong khoảng hai tuần, sau đó giảm dần và ổn định ở nhiệt độ

340C Sản phẩm phối trộn giữa bùn thải bể phốt và vỏ cà phê có hàm lượng nitơ tổng

số (Nts = 4,01%), photpho tổng số (Pts = 0,41%) và kali (K2O tổng số = 3,687) và bùn thải bể phốt - bụi xơ dừa có các chỉ tiêu N, P, K lần lượt là Nts = 1,96%, Pts = 0,42%,

K2O tổng số = 1,33% đạt chuẩn phân bón theo tiêu chuẩn Việt Nam về phân bón Nghiệm thức bùn thải bể phốt – than bùn có Nts = 0,94%, Pts = 0,17%, K2O tổng số = 0,54% và nghiệm thức đối chứng có hàm lượng nitơ tổng số Nts = 3,62%, photpho tổng số Pts = 0,92%, K2O tổng số = 0,24% Kết quả ghi nhận nghiệm thức phối trộn giữa bùn thải bể phốt và vỏ cà phê cho chất lượng phân compost cao hơn so với các phụ phẩm còn lại (bụi xơ dừa, than bùn)

Đánh giá chất lượng phân compost dựa trên quá trình sinh trưởng và phát triển của cải xanh thì thấy sản phẩm compost của bùn thải bể phốt và vỏ cà phê có tốc độ tăng trưởng nhanh cho năng suất cao hơn sản phẩm compost của các phụ phẩm còn lại

SUMMARY

In Vietnam, there are about 90% of cities where septic tanks are used universally

as a domestic wastewater processing However, the management of septage comes from onsite sanitation systems is a huge challenge due to the fact that the regulations

of gathering, transporting, disposing or proper sanitary processing have not been issued From these reasons, the project "Research on production of organic fertilizer from septage and some agricultural residues" was studied in order to evaluate physicochemical properties of septage and some agricultural residues, then building oragnic fertilizer proceessing from septage and some agricultural residues was suggested as an effective solution After that, the experiment of effective animal dung-

compost to the growth of Brassica juncea so as to find the best quality of compost When septage was composted with coffee husk which contained Trichoderma

sp., the temperature of incubation mass reached the maximum at 55 celsius in the third day The temperature fluctuated from 41,5- 55 celsius during two weeks; then, it went down and remained unchange at 34 celsius Products distributed and merged between the septage and coffee husk which was contained total nitrogen content (Nts = 4,01%), total phosphorus (Pts = 0,41%0, and kali (total K2O = 3,687) The septage - coconut coir dust that had respectedly N, P, K indicators Nts = 1,96%, Pts = 0,42%, total K2O = 1,33% standarded fertilizers in Viet Nam Septage solution- peat had Nts = 0,94%, Pts = 0,17%, K2O total = 0,54% and controlled solution had total nitrogen content Nts = 3,62%, total phosphorus Pts = 0,92%, and K2O total= 0,24% The results

of solutions reported that the mixture of the septage and coffee husk reached the better quality of compost than products from coconut coir dust, peat

The evaluation of compost quality based on the growth and development of

Brassica juncea Compost of the septage and coffee husk had rapid growth higher

yields higher productivity than compost from the other byproducts

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

SUMMARY iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Yêu cầu của đề tài 2

1.3 Nội dung thực hiện 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về bùn thải bể phốt 3

2.2 Tổng quan về compost 5

2.2.1 Định nghĩa compost 5

2.2.2 Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ 5

2.2.2.1 Phản ứng sinh hóa 5

2.2.2.2 Phản ứng sinh học 6

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost 7

2.2.3.1 Các yếu tố vật lý 7

2.2.3.2 Các yếu tố hóa sinh 9

2.2.4 Chất lượng của compost 12

2.2.5 Những lợi ích và hạn chế của quá trình compost 12

2.2.5.1 Lợi ích của quá trình làm compost 12

2.2.5.2 Hạn chế của quá trình làm compost 13

2.2.6.1 Phương pháp ủ phân theo luống dài (đánh luống cấp khí tự nhiên) 13

2.2.6.2 Phương pháp ủ phân theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức 14

2.2.6.3 Phương pháp ủ trong container 14

2.2.7 Nghiên cứu sản xuất compost ở Việt Nam 14

2.3 Tổng quan về Azotobacter 16

2.3.1 Đặc điểm hình thái 16

2.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của Azotobacter 16

2.3.3 Vai trò của vi khuẩn Azotobacter đối với sự phát triển của cây 17

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 18

3.2 Vật liệu 18

3.2.1 Nguyên liệu 18

3.2.2 Thiết bị và dụng cụ 19

3.3 Phương pháp nghiên cứu 20

3.3.1 Phân tích mẫu đầu vào 20

3.3.2 Bố trí thí nghiệm 20

3.3.2.1 Mô hình thí nghiệm 20

3.3.2.2 Công thức ủ 20

3.3.3 Quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt 21

3.3.4 Đánh giá hiệu quả compost trên cây cải xanh (Brassica juncea) 22

3.3.4.1 Mô hình thí nghiệm 22

3.3.4.2 Tiến hành thí nghiệm 22

3.3.4.3 Chỉ tiêu theo dõi 23

3.3.5 Phương pháp phân tích 23

3.3.5.1 Nhiệt độ 23

3.3.5.2 Xác định chất hữu cơ tổng số theo phương pháp tro hóa khô 23

3.3.5.3 Phương pháp xác đinh nitơ tổng số 24

3.3.5.4 Công thức tính tỷ lệ C/N 25

3.3.5.5 Phương pháp xác định độ ẩm 25

3.3.5.6 Phương pháp xác định độ dẫn điện (EC) 26

3.3.5.7 Phương pháp xác định giá trị pH 26

3.3.5.8 Phương pháp đếm khuẩn lạc 26

3.3.5.9 Phương pháp đánh giá hiệu quả của compost trên cây cải xanh 27

3.3.5.10 Xử lý số liệu 27

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Phân tích các đặc tính hóa lý của nguyên liệu 28

4.2 Theo dõi sự thay đổi của nhiệt độ 31

4.3 Chất lượng của sản phẩm phân compost 33

4.4 Đánh giá hiệu quả phân compost lên cây cải xanh 38

4.4.1 Ảnh hưởng của chất lượng compost đến động thái tăng trưởng chiều cao cây 38

4.4.2 Ảnh hưởng của các loại phân compost đến tốc độ tăng trưởng chiều cao cây 39

4.4.3 Ảnh hưởng của chất lượng phân compost đến động thái ra lá 40

4.4.4 Ảnh hưởng của chất lượng phân compost đến tốc độ ra lá 41

4.4.5 Đánh giá ảnh hưởng của hiệu quả phân compost đến năng suất cây 42

4.5 Quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt 43

4.6 Đánh giá hiệu quả kinh tế 44

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết luận 47

5.2 Kiến nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC

HCSH Hữu cơ sinh học

BT – CP Phối trộn giữa bùn thải bể phốt và vỏ cà phê

BT – SD Phối trộn giữa bùn thải bể phốt và bụi sơ dừa

BT – TB Phối trộn giữa bùn thải bể phốt và than bùn

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật 8

Bảng 2.2 Tỷ lệ C/N của chất thải (tính theo chất thải khô) 10

Bảng 3.1 Lượng phân bón thúc cho cây cải với diện tích 0,15 m2 22

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu hóa lý của nguyên liệu ủ 28

Bảng 4.2 So sánh các chỉ tiêu nguyên liệu ủ với các nghiên cứu trước đó 30

Bảng 4.3 Tỷ lệ phối trộn bùn thải bể phốt và phụ phẩm nông nghiệp 31

Bảng 4.4 Đặc tính hóa lý của các sản phẩm phân compost sau 45 ngày 34

Bảng 4.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu vi sinh vật gây bệnh (CFU/g) 36

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của phân compost đến sự tăng trưởng chiều cao cây cải xanh 38

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của phân compost đến tốc độ tăng trưởng chiều cao 39

Bảng 4.9 Ảnh hưởng của phân compost đến tốc độ ra lá 42

Bảng 4.10 Ảnh hưởng của phân đến các năng suất 43

Bảng 4.11 Chi phí sản xuất của sản phẩm compost tạm tính 46

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 3.1 Các nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ sinh học 18

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 20

Hình 3.3 Quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt 21

Hình 3.4 Nguyên tắc pha loãng mẫu 26

Hình 4.1 Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ compost 32

Hình 4.2 Sản phẩm compost sau 45 ngày ủ 33

Hình 4.3 Cây cải xanh ở các nghiệm thức tại thời điểm thu hoạch 39

Hình 4.5 Quy trình sản xuất phân HCSH từ BTBP và phụ phẩm nông nghiệp 44

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Theo thống kê của trang worldometers, tính đến thời điểm hiện nay, dân số thế giới đã vượt mốc 7 tỷ người và Việt Nam đứng thứ 14 trong xếp hạng 20 quốc gia có dân số đông nhất thế giới với hơn 92 triệu người Dân số tăng dẫn đến các hoạt động sản xuất công – nông nghiệp, xây dựng, dịch vụ cũng tăng để áp ứng những nhu cầu thiết yếu của con người, bao gồm cả những nhu cầu cơ bản như ăn uống, vệ sinh Sự gia tăng dân số dẫn đến sự gia tăng chất thải sinh hoạt, đặc biệt ở các đô thị lớn Theo thống kê của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường lượng chất thải sinh hoạt có xu hướng tăng nhanh, trung bình 10%/năm Chính điều đó đã gây ra gánh nặng lớn cho môi trường nhưng con người cũng đang dần ý thức được tầm quan trọng của môi trường đến cuộc sống Hàng loạt các nghiên cứu, các công trình, hệ thống xử lý ô nhiễm ra đời, từ hệ thống xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, kim loại nặng đến cả

hệ thống xử lý chất thải từ hoạt động vệ sinh của con người

Tại Việt Nam, hệ thống xử lý chất thải từ hoạt động vệ sinh phổ biến nhất hiện nay là hệ thống bể tự hoại hay còn gọi là bể phốt Hệ thống này giải quyết được một số vấn đề về nước thải, chất thải sinh hoạt hàng ngày từ nhà tắm, nhà vệ sinh, nhà bếp, hạn chế ô nhiễm môi trường và đảm bảo sức khỏe người dân

Tuy nhiên, xử lý bùn thải bể phốt đang là vấn đề được cảnh báo và quan tâm của toàn xã hội Hầu hết bùn thải được thu gom bởi các doanh nghiệp tư nhân một cách tự

phát, thải bỏ bừa bãi, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người do trong bùn thải chứa nhiều mầm bệnh, vi khuẩn Bên cạnh đó, các quy định về thu gom, vận chuyển, thải bỏ hay xử lý bùn thải đúng quy cách chưa được ban hành, các cơ sở thu gom, xử lý phân bùn có số lượng hạn chế và công suất xử lý chưa cao Với nhu cầu thực tiễn trên đề tài “Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp” được thực hiện nhằm đánh giá tính chất hóa lý của bùn thải bể phốt thải và một số phụ phẩm nông nghiệp Phối trộn bùn thải bể phốt và các phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất phân bón hữu cơ, tạo lợi nhuận kinh tế và hạn chế ô nhiễm môi trường

1.2 Yêu cầu của đề tài

- Xác định tính chất hóa lý của bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp Kiểm

tra sự có mặt của các vi sinh vật gây bệnh (E.coli, Coliform) trong bùn thải bể phốt

- Xác định tỷ lệ phối trộn của bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp để xây dựng quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp Đánh giá chất lượng phân compost trên cây cải xanh Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế

1.3 Nội dung thực hiện

- Lấy mẫu đánh giá các chỉ tiêu hóa lý đầu vào của bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp Đánh giá các chỉ tiêu như C, N, pH, EC và vi sinh vật gây

bệnh (E.coli, Coliform) Từ đó lập công thức ủ phân compost, tiến hành ủ bùn thải

bể phốt với vỏ cà phê, bụi sơ dừa và than bùn

- Tiến hành sử dụng phân hữu cơ sinh học trong quá trình sinh trưởng của cây cải nhằm xác định hiệu quả của phân hữu cơ sinh học đối với quá trình phát triển của cây, đồng thời tìm ra loại phân hữu cơ tối ưu cho cây cải xanh

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Hiện nay, tại Hà Nội, tổng lượng phân bùn bể phốt phát sinh trên toàn thành phố khoảng 500 tấn/ngày, trong đó khu vực nội thành phát sinh 200 tấn/ngày Nguồn phát sinh lượng phân bùn bể phốt chủ yếu từ bể tự hoại của nhà dân, nhà hàng, khách sạn, chợ và nhà vệ sinh công cộng (vea.gov.vn).Tuy nhiên số lượng thu gom và đưa về xử

lý hiện rất ít Tại Hà Nội hiện cũng chỉ có duy nhất một cơ sở xử lý chất thải bể phốt là Nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn hoạt động công suất xử lý được 150 tấn chất thải

từ bể phốt Tuy nhiên hiện tại với cơ sở vật chất và trang thiết bị vận chuyển nhà máy chỉ mới nhận hút và đưa về xử lý được khoảng 50 tấn/ngày Số lượng bùn thải bể phốt còn lại được các cơ sở tư nhân hoạt động dịch vụ hút bùn thải bể phốt đảm nhận nhưng các đơn vị này không ký hợp đồng đưa chất thải về nhà máy xử lý Như vậy hàng ngày

có khoảng 300 tấn bùn thải bể phốt đã bị xả thẳng ra môi trường mà chưa qua xử lý.Theo thống kê của sở Tài nguyên và Môi Trường thành phố Hồ Chí Minh, hiện mỗi ngày thành phố có khoảng 3.000 – 4.000m3 bùn thải (tương đương 5.000 – 6.000 tấn/ngày) Nguồn bùn chủ yếu từ từ hệ thống thoát nước thải sinh hoạt đô thị, bùn thải từ hệ thống thoát nước thải công nghiệp, bùn thải từ các hoạt động nạo vét kênh rạch định kỳ, bùn hầm cầu, bùn thải từ các trạm, nhà máy xử lý nước cấp, bùn thải từ các công trường xây dựng (http://kttvttb.vn) trong đó có trên 200 tấn bùn thải bể phốt thải ra môi trường Thành phần bùn thải đa dạng và phân tán ở nhiều nơi khiến việc

thu gom, vận chuyển, xử lý và tái sử dụng gặp nhiều khó khăn Hầu hết bùn thải đều bị

đổ vào các bãi chôn lấp, hoặc các địa điểm không xác định Tại thành phố lượng bùn thải bể phốt được thu gom và vận chuyển bằng xe chuyên dụng (150 - 164 xe) có tải trọng 3 - 5 tấn/xe (dung tích 3 - 5m³) Toàn bộ lượng bùn hầm cầu thu gom được đều

xử lý bằng phương pháp cơ học kết hợp sinh học hiếu khí (tự nhiên) và sản phẩm được

sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ tại nhà máy xử lý bùn Hòa Bình, Khu liên hợp xử lý chất thải và nghĩa trang Đa Phước (Bình Chánh) (Nguyễn Trung Việt,

2008) Tuy nhiên cũng chỉ có vài công ty có quy mô xử lý bùn thải từ bể phốt và lượng

bùn thải bể phốt do các cơ sở tư nhân thu gom và đổ xả trực tiếp ra môi trường mà chưa qua xử lý sơ bộ

Tại Hải Phòng sau khi dự án thoát nước và vệ sinh Hải Phòng (dự án 1B, được chính phủ Phần Lan viện trợ không hoàn lại và Ngân hàng Thế giới cho vay vốn ưu đãi) hoàn thành và đưa vào sử dụng từ năm 2000 đến nay, công ty đã tiến hành hút bể phốt miễn phí cho 43 phường và khu tập thể (khoảng 50.182 bể phốt các loại) và đã hút được 92.1910 m3 bùn phốt Toàn bộ lượng bùn thải được đưa xe chuyên dùng chở

về đổ vào các ô chứa của bãi thải Tràng Cát Tại đây, bùn được tách và làm khô Bùn thải bể phốt sau khi làm khô được lấy lên trộn với đất sét, các nguyên liệu phụ và đem

ủ Hỗn hợp bùn và nguyên liệu sau ủ được thiết bị sàng lọc và loại ra các sản phẩm không phù hợp để mang đi chôn lấp Sản phẩm chính dưới dạng phân hỗn hợp được đóng gói phục vụ cho mục đích nông nghiệp Còn nước thu được từ quá trình xử lý bùn thải sẽ được dẫn về hồ xử lý nước thải của bãi thải Tràng Cát, trước khi được đưa trở lại sông (baoxaydung.com.vn) Tuy nhiên công ty cũng chỉ mới thu gom được khoảng 48% so với lượng phân bùn phát sinh trong thực tế (Nguyễn Việt Anh 2011) Như vậy có khoảng 52% lượng bùn thải bể phốt của thành phố này thải ra môi trường

mà chưa qua xử lý sơ bộ

Theo các cơ quan chuyên môn về môi trường thì trong phân người có chứa các

vi khuẩn gây ra các bệnh như: Tiêu chảy, tả, lỵ, trực khuẩn, thương hàn (ca.cand.com.vn) Chính vì vậy việc xả thẳng những nguồn vi khuẩn này ra môi trường

sẽ để lại những tác hại khôn lường Vì vậy bùn thải bể phốt khi được đổ bỏ hoặc chôn lấp không có lớp lót chống thấm sẽ dẫn đến các chất ô nhiễm thấm xuống nguồn nước ngầm và nước mặt làm cho chất lượng nguồn nước bị suy giảm Cùng với sự gia tăng dân số, phát triển sản xuất, lượng bùn thải ngày càng gia tăng Nếu cứ giải quyết bùn

thải bằng cách tận dụng các bãi đất trống để đổ bùn tạm thời, nguy cơ gây ô nhiễm môi

trường rất cao

Theo các chuyên gia Việt Nam và Nhật Bản, bùn thải là nguồn tài nguyên dồi dào, chưa được tận dụng khai thác Nó có thể tái chế sử dụng phục vụ nông nghiệp (như làm phân bón), làm vật liệu xây dựng (gạch), hoặc viên đốt (baoxaydung.com.vn) Do vậy, các đô thị cần sớm có kế hoạch quản lý bùn thải bảo đảm vệ sinh môi trường cũng như quy hoạch bãi đổ, xây dựng nhà máy xử lý bùn thải đúng tiêu chuẩn Trong đó, tất cả các loại bùn thải sẽ được định hướng quản lý, áp dụng công nghệ xử lý phù hợp

2.2 Tổng quan về compost

2.2.1 Định nghĩa compost

Hiện nay có nhiều định nghĩa về quá trình compost và compost, một định nghĩa thường được sử dụng là định nghĩa của Haug (1993) Theo Haug, quá trình chế biến compost và compost được định nghĩa như sau:

“Quá trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định chất hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ cao Kết quả của quá trình phân hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và có ích cho việc ứng dụng cho cây trồng”

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

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

2.2.2.1 Phản ứng sinh hóa

Quá trình phân hủy các chất thải hữu cơ diễn ra rất phức tạp theo nhiều giai đoạn

và tạo ra nhiều sản phẩm trung gian

Ví dụ quá trình phân hủy protein bao gồm các giai đoạn:

Protein peptides amino acid hợp chất ammonium nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3

Đối với hydratcarbon, quá trình phân hủy xảy ra theo các giai đoạn sau:

Hydratcarbon đường đơn acid hữu cơ CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn

Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp, hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết Các giai đoạn khác nhau trong quá trình ủ hiếu khí có thể phân biệt theo sự biến thiên nhiệt độ được chia thành các pha sau:

- Pha thích nghi: Là giai đoạn cần thiết để VSV thích nghi với môi trường mới

- Pha tăng trưởng: Đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học

- Pha ưa nhiệt: 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 đặc trưng bởi hai phương trình: CHONS + O2 + VSV hiếu khí CO2 + NH3 + sản phẩm khác + ATP

CHONS + VSV kỵ khí CO2 + H2S + CH4 + NH3 + sản phẩm khác + ATP

 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, nitơ) 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+ + 3/2 O2 NO2- + 2H+ + H2O

NO2- + ½ O2 NO3

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

NH4+ + 2 O2 NO3- + 2H+ + 2H2O Mặt khác trong mô tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng:

Chất thải hữu cơ được phân hủy bắt đầu từ vi sinh vật tiêu thụ bậc một như vi khuẩn, nấm Sự ổn định chất thải do các phản ứng của vi khuẩn thực hiện Trong thời

gian đầu, vi khuẩn thích hợp với điều kiện nhiệt độ trung bình xuất hiện trước, khi nhiệt độ tăng vi khuẩn ưa nhiệt xuất hiện hầu hết các vị trí trong khối ủ

Pha ưa nhiệt 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 Actinomycetes

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

Các loại vi khuẩn ưa nhiệt, 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 vào giai đoạn cuối nhưng nhóm Actinomycetes

đóng vai trò quan trọng 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 làm thức ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giun tròn, động vật nguyên sinh

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost

Hiệu quả của quá trình ủ phụ thuộc vào nhóm các hệ VSV tồn tại và làm ổn định trong chất thải hữu cơ Do đó, quá trình ủ sẽ không đạt kết quả mong muốn, nguyên nhân chính là do sự mất cân bằng về thành phần hóa học và điều kiện lý học trong quá trình ủ Chính vì vậy, cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân compost như: Nhiệt độ, độ ẩm, pH, VSV, oxy, chất thải hữu cơ và tỷ lệ C/N

2.2.3.1 Các yếu tố vật lý

Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến quá trình ủ gồm: nhiệt độ, độ ẩm, kích thước, nguyên liệu, độ rỗng, thổi khí

a Nhiệt độ của quá trình ủ

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 thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ chất thải rắn Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì 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 vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp hơn phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh

Bảng 2.1 Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật

0C) Khoảng dao động Tối ưu

(Danh Kim Được, 2011)

b Độ ẩm của quá trình ủ phân compost

Là yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ Vì nước cần thiết cho quá trình trao đổi chất trong tế bào vi sinh vật Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân chất thải rắn (CTR) nằm trong khoảng 50 - 60% Các vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy chất thải rắn thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử chất thải rắn Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn độ ẩm quá lớn (> 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 vi sinh vật gây bệnh

c Kích thước nguyên liệu ủ

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 hơn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng tốc độ 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 Hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao, 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 (Nguyễn Thị Hiền, 2009)

d Độ rỗng (xốp) của quá trình ủ

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

Độ rỗng của CTR 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, 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 tỷ lệ trộn hợp lý (Nguyễn Thị Hiền, 2009)

2.2.3.2 Các yếu tố hóa sinh

a Tỷ lệ C/N (Carbon/Nitơ) của quá trình ủ

Tỷ lệ C/N là thông số quan trọng trong cân bằng dinh dưỡng cho VSV Carbon là nguồn năng lượng chủ yếu của VSV và nitơ là nguyên tố để tổng hợp chất nguyên sinh Tỷ lệ C/N tối ưu trong khoảng 25 - 30 Nếu tỷ lệ C/N của vật liệu làm compost cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của VSV do thiếu Nitơ, chúng sẽ trải qua nhiều chu trình chuyển hóa, oxy hóa phần carbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó thời gian cần thiết cho quá trình làm compost sẽ bị kéo dài hơn và thu được sản phẩm ít mùn hơn Nếu tỷ lệ C/N thấp, nitơ sẽ bị mất dưới dạng NH3 đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao, pH cao và có thổi khí Tỷ lệ C/N ở sản phẩm compost thu được thông thường 15 - 20 là tốt nhất

Bảng 2.2 Tỷ lệ C/N của chất thải (tính theo chất thải khô)

(Danh Kim Được, 2011)

Hàm lượng carbon có thể xác định theo phương trình sau:

8,1

%100

Phần trăm tro trong phương trình này là lượng vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệt độ

5500C trong một giờ Do đó, một số chất thải chứa phần lớn nhựa (là thành phần bị phân hủy ở 5500C) sẽ có giá trị % cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủy sinh học

b Oxy của quá trình ủ

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

vi sinh vật 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 như mùi trứng gà thối 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

c pH của quá trình ủ

Giá trị pH trong khoảng 5,5 - 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình ủ phân compost Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ phân compost, các acid này bị tích tụ và kết quả là làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kìm hãm sự phân hủy lignin và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân compost 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 vi sinh vật

d Chất hữu cơ của quá trình ủ

Tốc độ phân hủy tùy thuộc vào thành phần, kích thước và tính chất của chất hữu

cơ Chất hữu cơ hòa tan dễ dàng phân hủy hơn chất hữu cơ không hòa tan Lignin và lingo – cellulose là những chất phân hủy rất chậm

e Vi sinh vật

Sản xuất phân compost là một quá trình phức tạp trong đó có sự tham gia của nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau gồm: Nấm, xạ khuẩn, vi khuẩn, protozoa và tảo

Vi khuẩn: Có mặt hầu hết trong các giai đoạn sản xuất compost, hầu hết hoạt động của

vi sinh vật trong quá trình ủ compost có đến 80 – 90% là do vi khuẩn Bao gồm:

Streptococus sp., Vibrio sp., Bacillus sp

Xạ khuẩn: Thường xuất hiện vào khoảng ngày thứ 5 – 7 trong quá trình ủ, bao

gồm: Micromonospora, Streptomyces, Actinomyces

Nấm: Giới hạn nhiệt độ phát triển của nấm là khoảng 600C, gồm các loại như

sau: Aspergillus, Penicillin, Fusarium, Trichoderma và Chaetomonium

Vi sinh vật gây bệnh: Một trong những yêu cầu sản xuất compost là phải hạn chế đến mức tối đa các loài vi sinh vật gây bệnh có trong sản phẩm Theo lý thuyết, nếu nguyên liệu để sản xuất compost không có chứa phân, chất thải sinh học thì sản phẩm đầu ra sẽ chứa ít các loài gây bệnh, tuy nhiên trên thực tế, nguyên liệu đầu vào cho quá

trình chế biến compost không phải lúc nào cũng đáp ứng các yêu cầu đó Do đó, để đảm bảo tiêu chuẩn tiêu diệt mầm bệnh cho cây trồng, trong lúc vận hành chế biến compost, chúng ta cần đảm bảo nhiệt độ để có thể tiêu diệt hết mầm bệnh

2.2.4 Chất lượng của compost

Chất lượng 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)

- Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng như 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 đến cây trồng)

- Độ ổn định (độ hoai mục của phân) và hàm lượng chất hữu cơ

2.2.5 Những lợi ích và hạn chế của quá trình compost

2.2.5.1 Lợi ích của quá trình làm compost

- Ổn định chất thải: Các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình làm phân hữu cơ

sẽ chuyển hóa chất hữu cơ dễ thối rửa sang dạng ổn định, chủ yếu là các chất vô

cơ ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất và nước

- Làm mất hoạt tính của VSV gây bệnh: Nhiệt độ của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 600C, đủ để làm mất hoạt tính của VSV gây bệnh, virus và trứng giun sán nếu nhiệt độ này duy trì ít nhất một ngày Do đó, các sản phẩm của quá trình làm phân hữu cơ có thể sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất

- Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất thải thường ở dạng có hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trình làm phân hữu cơ, các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3-, PO43-

thích hợp cho cây trồng Sử dụng các sản phẩm của compost sẽ bổ sung dinh dưỡng cho đất, có khả năng làm giảm sự thất thoát dinh dưỡng do rò rỉ vì các chất dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu ở dạng không tan, cải tạo đất giúp cây trồng phát triển tốt hơn

- Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh trên cây trồng

2.2.5.2 Hạn chế của quá trình làm compost

Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân hữu cơ không thỏa mãn yêu cầu, do đặc tính của chất hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều do thời gian, khí hậu và phương pháp thực hiện, nên tính chất sản phẩm cũng khác nhau Bản chất vật liệu làm phân thường làm cho sự phân bố nhiệt trong đống phân không đồng đều Do đó, khả năng làm mất hoạt tính của VSV gây bệnh trong phân cũng không hoàn toàn Quá trình làm phân hữu cơ thường tạo mùi hôi, gây mất mỹ quan và phải tốn thêm công và diện tích để ủ

2.2.6 Tình hình nghiên cứu sản xuất phân compost trên thế giới

Tại Châu Âu và Châu Mỹ, công nghệ compost hiện đang được triển khai tương đối rộng và phân compost đang được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau

Năm 2001, tại Châu Âu có 16,9 triệu tấn trong số 49 triệu tấn rác hữu cơ được xử lý sinh học với đa phần là sản xuất compost Trong đó cao nhất là Cộng Hòa Liên Bang Đức đã xử lý 7 triệu tấn trong 9 triệu tấn tổng số (78%) Riêng Hà Lan toàn bộ 3,2 triệu tấn đã được xử lý

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

Trong phương pháp này, vật liệu ủ được sắp xếp theo luống dài và hẹp, không khí được cung cấp tới hệ thống theo con đường tự nhiên Các luống compost được xáo trộn bằng cách di chuyển luống compost với xe xúc hoặc xe trộn chuyên dụng

- Ưu điểm của phương pháp ủ phân theo luống dài:

 Do xáo trộn thường xuyên nên chất lượng compost thu được khá đều

 Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp vì không cần hệ thống cung cấp khí

- Nhược điểm của phương pháp ủ phân theo luống dài:

 Cần nhiều nhân công

 Thời gian ủ dài (3 – 6 tháng)

 Do sử dụng khối khí tự nhiên nên khó quản lý, đặc biệt là khó kiểm soát nhiệt

độ và các mầm bệnh có trong luống ủ

 Xáo trộn luống compost thường gây thất thoát nitơ và gây mùi

 Quá trình ủ có thể bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết

 Cần một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc và vật liệu tạo cấu trúc này khó tìm hơn

so với các phương pháp khác

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

Với phương pháp này, vật liệu ủ chất thải được sắp xếp thành đống hoặc luống dài không khí được cung cấp tới hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí và hệ thống phân phối khí hoặc sàn phân phối khí

Ưu điểm của phương pháp ủ phân theo luống dài với thổi khí cưỡng bức:

 Dễ kiểm soát khi 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)

 Nhu cầu sử dụng đất thấp và có thể vận hành ngoài trời hoặc có mái che phủ Nhược điểm của phương pháp ủ phân theo luống dài với thổi khí cưỡng bức:

 Hệ thống phân phối khí dễ bị tắt nghẽn, cần bảo trì thường xuyên

 Chi phí bảo trì hệ thống và năng lượng thổi khí của phương pháp này cao

2.2.6.3 Phương pháp ủ trong container

Là phương pháp mà vật liệu ủ được chứa trong container, túi đựng hoặc trong nhà Thổi khí cưỡng bức thường được sử dụng cho phương pháp này

Ưu điểm của phương pháp ủ trong container:

 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 so với phương pháp ủ ngoài trời

 Nhu cầu sử dụng đát nhỏ hơn các phương pháp khác

 Chất lượng compost tốt

Nhược điểm của phương pháp ủ trong container:

 Vốn đầu tư cao

 Chi phí sản xuất và bảo trì hệ thống cao

 Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao

2.2.7 Nghiên cứu sản xuất compost ở Việt Nam

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

Nhà máy xử lý chất thải Tân Thành, tỉnh 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 – tỉnh Long An

Nhà máy xử lý rác Thủy Phương – huyện 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: Chất thải rắn từ xe vận chuyển đến nhà máy được đưa qua cân và 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 Tiếp đó, CTR được đưa vào phễu nạp liệu của dây chuyền phân loại bằng tay 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 CTR 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 rò 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 nạp chất thải rắn thành đống cao 2,5 – 3m trong các bể ủ hiếu khí Dưới đáy bể ủ hiếu khí có bố trí hệ thống thổi khí cung cấp khí 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 Tại đây, người ta bổ sung thêm nước rồi ủ tiếp 21 – 28 ngày cho đến khi chín hoàn toàn Sau đó, chất thải rắn được dỡ 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 vi sinh vật, phân N : P : K để tăng chất lượng phân compost thành phẩm phụ thuộc vào mục đích 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 chế được nhiều sản phẩm (khoảng 90% rác)

Hạn chế: Do không có sự xáo trộn trong quá trình ủ nên chất lượng phân không đồng đều khâu phân loại chưa được vận hành tốt nên vẫn còn lẫn nhiều tạp chất, khó tiêu thụ; công nhân vận hành phải tiếp xúc lâu với môi trường độc hại nên dễ mắc phải các bệnh nghề nghiệp

2.3 Tổng quan về Azotobacter

2.3.1 Đặc điểm hình thái

Azotobacter là vi khuẩn cố định nitơ sống tự do trong đất, hiếu khí, không sinh

bào tử, gram âm Khi còn non tế bào thường có dạng hình que, kích thước khoảng 2 -

7 × 1 - 2,5 μm Đôi khi chiều dài đạt đến 10 – 12 μm, đứng riêng rẽ hay xếp thành từng đôi chồng chất, tế bào nhuộm màu đồng đều, có khả năng di động nhờ tiên mao mọc quanh cơ thể Tế bào sinh sôi nảy nở theo lối phân cắt đơn giản Khi già tế bào

Azotobacter mất khả năng di động, kích thước thu nhỏ lại trông giống như hình cầu

Nguyên sinh chất xuất hiện nhiều hạt lổn nhổn Đó là các hạt volutin, granulose, các

giọt mỡ Quan sát dưới kính hiển vi ta còn thấy khi già tế bào Azotobacter được bao bọc bởi một vỏ nhầy khá dày Vỏ nhầy của vi khuẩn Azotobacter chứa khoảng 75 % là

chất hiđrit của axit uronic và chứa khoảng 0,023 % nitơ Lượng DNA trong tế bào

Azotobacter thường thấp hơn so với nhiều loại vi khuẩn khác (0,70 - 0,81%)

Trên các môi trường không chứa nitơ, khuẩn lạc của Azotobacter có dạng nhầy,

lồi đôi khi nhăn nheo Khi nuôi cấy trên môi trường đặc, khuẩn lạc có màu vàng lục,

màu hồng hoặc màu nâu đen (tùy loại Azotobacter)

Azotobacter có thể sử dụng nhiều loại hợp chất hữu cơ làm nguồn thức ăn

carbon Chúng cũng cần nhiều nguyên tố khoáng, đặc biệt là 2 nguyên tố vi lượng Bor (B) và Molipden (Mo) (Mo cần cho quá trình cố định nitơ)

2.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của Azotobacter

Azotobacter thuộc loại vi khuẩn hiếu khí nhưng chúng có thể phát triển được

trong cả các điều kiện thiếu khí Quá trình cố định nitơ của Azotobacter bị giảm xuống

khi thể oxy hóa khử của môi trường quá cao + 200mV hoặc thấp quá – 200mV Như vậy là không khí quá mạnh cũng làm ức chế quá trình nitơ phân tử

Nhiệt độ thích hợp nhất đối với sự phát triển của Azotobacter vào khoảng 26 – 300C

Ở những vùng nhiệt đới người ta nhận thấy Azotobacter thích hợp với những nhiệt độ cao hơn nữa Tế bào dinh dưỡng của Azotobacter không sống được khi xử lý ở 500C trong 30 phút, ở 800C sẽ chết rất nhanh

Sự phát triển và cố định nitơ của Azotobacter trong đất còn chịu ảnh hưởng mật

thiết của khu hệ các vi sinh vật Bên cạnh các nhóm vi sinh vật có ảnh hưởng tốt đối

với sự phát triển của Azotobacter (tổng hợp các chất hoạt động sinh học, phân giải các

chất hữu cơ bền vững) còn có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng làm ức chế sự phát

triển của Azotobacter (cạnh tranh thức ăn, sản sinh chất kháng sinh)

Khi nồng độ PO42- đã đạt 4 mg/100 g môi trường thì quá trình nitơ sẽ bắt đầu

ngừng lại Sự mẫn cẩm mạnh mẽ của Azotobacter với photpho đã cho phép người sử

dụng chúng như loại vi khuẩn chỉ thị để xác định nhu cầu về photpho của đất

Khi thiếu canxi, tế bào Azotobacter sẽ tạo thành nhiều không bào, ảnh hưởng xấu

đối với việc tổng hợp ATP và sự tạo thành các poliphotphat Asen ở nồng độ rất nhỏ (10 – 20 mg muối asen trong một kg đất) có tác dụng kích thích sự có mặt của

Azotobacter Nhiều nguyên tố vi lượng khác có ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của Azotobacter Brom dẫn đến việc ức chế sự phát triển của Azotobacter Một số nguyên

tố phóng xạ (như Rd, Th, U) ở mức độ rất nhỏ cũng có thể kích thích sự phát triển cố

định đạm của Azotobacter

2.3.3 Vai trò của vi khuẩn Azotobacter đối với sự phát triển của cây

Đã có nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến mối quan hệ giữa Azotobacter và cây trồng Azotobacter thường xuyên có mặt trong vùng rễ cây trồng với số lượng cao

hơn nhiều so với ngoài vùng rễ Số lượng của chúng biến đổi phụ thuộc vào từng loại cây, từng giai đoạn phát triển của cây và nhiều yếu tố sinh thái – địa lý khác Người ta

chứng minh được rằng Azotobacter không phát triển trên bề mặt rễ mà phát triển trong

đất chung quanh rễ

Azotobacter có tác dụng làm tăng cường nitơ cung cấp cho cây trồng Trung bình

khi tiêu thụ hết 1g chất sinh năng lượng, Azotobacter có khả năng đồng hóa được khoảng 10 – 15 mg nitơ phân tử Một số chủng Azotobacter trong những điều kiện

thích hợp có thể đồng hóa được đến 30 mg nitơ phân tử trong 1 g hợp chất carbon

Tác dụng của Azotobacter đối với cây trồng còn được chứng minh ở khả năng kích thích sinh trưởng của chúng Những thí nghiệm nhiễm dịch nuôi cấyAzotobacter

lên hạt cho thấy có khả năng làm nâng cao rõ rệt tỉ lệ nảy mầm cũng như tốc độ phát triển của hạt mầm

Một số nghiên cứu còn xác định là Azotobacter có khả năng tổng hợp các chất

sinh trưởng loại auxin và gibberellin, tổng hợp một số chất chống nấm

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Đề tài được thực hiện từ tháng 01/2014 đến 06/2014, tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới 9/621 Xa lộ Hà Nội, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh

3.2 Vật liệu

3.2.1 Nguyên liệu

Nguyên liệu chính: BTBP được lấy tại nhà máy xử lý bùn Hòa Bình (Bình Chánh) Nguyên liệu phụ: vỏ cà phê, bụi sơ dừa, than bùn và chế phẩm vi sinh Tribio, vi khuẩn

cố định đạm tự do Azotobacter (Viện Sinh học Nhiệt Đới) Hạt giống cải xanh mua từ

công ty trách nhiệm hữu hạn thương mại Địa Địa, phân hữu cơ, phân hóa học

Hình 3.1 Các nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ sinh học

a: Vỏ cà phê, b: Bùn thải bể phốt, c: Than bùn, d: Bụi xơ dừa

3.2.2 Thiết bị và dụng cụ

Thiết bị:

- Máy lắc Shaker – 300 - Lò vi sóng Ichiban

- Máy xay mẫu - Hệ thống máy Kjeldahl

- Cân lò xo 20 kg sản xuất từ công ty TNHH cân Nhơn Hòa

Dụng cụ thí nghiệm:

- Becher, Erlen - Đĩa petri, ống nghiệm

- Ống đong, nhiệt kế - Đũa thủy tinh

- Bao tay, khẩu trang - Bay, dao, cuốc

- Bộ phá mẫu Kjeldahl - Bình định mức, ống hút

- Máy cất đạm Parnas Wargner - Bếp đun, cối chày sứ

Môi trường sử dụng trong thí nghiệm:

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phân tích mẫu đầu vào

Bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp được sấy khô, đem đi phân tích các chỉ tiêu hóa lý đầu vào như độ ẩm, pH, EC, C, N Từ đó xác định tỷ lệ C/N tối

ưu cho quá trình ủ compost

Nghiệm thức 2 (NT2): Bùn thải bể phốt phối trộn với than bùn

Nghiệm thức 3 (NT3): Bùn thải bể phốt phối trộn với bụi sơ dừa

Nghiệm thức đối chứng (ĐC): Bùn thải bể phốt

Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên chia vào 3 lô Gồm 4 nghiệm thức và tiến hành với 3 lần lặp lại Thí nghiệm được thực hiện đến khi nhiệt độ khối ủ không đổi

Chỉ tiêu theo dõi: Nhiệt độ được xác định bằng nhiệt kế, 3 ngày 1 lần

3.3.3 Quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp

Hình 3.3 Quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt và một số phụ phẩm

nông nghiệp (vỏ cà phê, bụi Xơ dừa, than bùn)

Quy trình công nghệ được tóm tắt như sau: chuẩn bị nguyên liệu ủ ( kiểm tra các đặc tính hóa lý như: độ ẩm, pH, cấu trúc vật liệu), phối trộn bùn thải bể phốt và các phụ phẩm nông nghiệp (vỏ cà phê, bụi sơ dừa, than bùn) Tiến hành ủ (lên men)

compost (ủ trong các thùng ủ, bổ sung 5% chế phẩm Trichoderma sp theo hướng dẫn

sử dụng của sản phẩm và 30 ml mật rỉ đường vào mỗi khối ủ để làm tăng tốc độ phân hủy cellulose, phủ bạt để giữ ẩm và nhiệt độ, đảo trộn định kỳ 1 lần/tuần, kiểm tra nhiệt độ đống ủ 3 ngày/lần Khi nhiệt độ của khối ủ ổn định ở 350C, bổ sung 5 ml

Azotobacter có mật độ 7 x 107 CFU/g vào khối ủ, ủ cho đến khi nhiệt độ trong khối ủ

không đổi Thu hoạch sản phẩm phân ủ

3.3.4 Đánh giá hiệu quả compost trên cây cải xanh (Brassica juncea)

3.3.4.1 Mô hình thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên, gồm 7 nghiệm thức và được thực hiện với 3 lần lặp lại Thí nghiệm được thực hiện trong 45 ngày

Nghiệm thức 1: Sử dụng sản phẩm compost của BT – CP

Nghiệm thức 2: Sử dụng sản phẩm compost của BT – TB

Nghiệm thức 3: Sử dụng sản phẩm compost của BT – SD

Nghiệm thức 4: Sử dụng sản phẩm compost của BT - CP + phân hóa học

Nghiệm thức 5: Sử dụng phân hữu cơ sinh học mua trên thị trường

Nghiệm thức 6: Sử dụng sản phẩm compost của nghiệm thức đối chứng (bùn thải) Nghiệm thức đối chứng: Không dùng phân bón

3.3.4.2 Tiến hành thí nghiệm

Chuẩn bị đất và làm cho đất tơi xốp, cho đất vào thùng xốp với mỗi thùng 15 kg Diện tích của thùng = 0,15 m2

Bón lót 75 g phân compost cho một cây cải xanh

Chọn 84 cây cải xanh con (có 3 – 4 lá thực) có chiều cao và số lá đồng đều, trồng vào 21 thùng xốp đã có đất, mỗi thùng 4 cây, mỗi cây cách nhau 15 x 20 cm Sau đó tiến hành phủ rơm rạ lên lớp mặt và tưới nước cho cây

Sau 10 ngày trồng, bón thúc cho cây lần đầu tiên cho cây cải

Bảng 3.1 Lượng phân bón thúc cho cây cải với diện tích 0,15 m2

Nghiệm thức Phân compost

(g)

Phân hữu cơ (g)

Phân hóa học (g/l)