Sử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinh (Luận án tiến sĩ)

Sử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinhSử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong ủ phân hữu cơ vi sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG

SỬ DỤNG BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA VÀ

CHẾ BIẾN THỦY SẢN TRONG Ủ

PHÂN HỮU CƠ VI SINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT

MÃ NGÀNH: 9620103

2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT

MÃ NGÀNH: 9620103

SỬ DỤNG BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA VÀ

CHẾ BIẾN THỦY SẢN TRONG Ủ

PHÂN HỮU CƠ VI SINH

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS.TS NGUYỄN MỸ HOA

2019

LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

PGS.TS Nguyễn Mỹ Hoa, Ts Đỗ Thị Xuân, Người đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, đóng góp và cho những lời khuyên dạy hết sức quý báu để tôi hoàn thành luận án này

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

- Ban Giám Hiệu trường Đại Học Cần Thơ

- Ban Chủ nhiệm khoa Nông nghiệp

- Khoa Sau Đại học, phòng Đào tạo, phòng Quản lý Khoa học và các phòng ban chức năng khác của trường Đại học Cần Thơ

- Ks Võ Thị Thu Trân, ThS Lâm Tử Lăng, Ks Nguyễn Vũ Bằng đã giúp đỡ tôi trong việc thực hiện phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hóa, sinh học

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGs.TS Lê Văn Hòa, thầy Hồ Quảng Đồ, Ts Trần Văn Dũng, quí Thầy, Cô, anh chị bộ môn Khoa học đất đã tận tình, động viên khích lệ, dành nhiều nhiều thời gian trao đổi và định hướng cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Đồng Tháp, Khoa

Kỹ thuật - Công nghệ đã cho phép, hỗ trợ và tạo điệu kiện cho tôi giúp tôi hoàn thành các hoạt động giảng dạy, học tập và nghiên cứu của mình

Tôi xin gửi lời cám ơn đặc biệt tới các chủ đất canh tác tại xã Mỹ Hòa, huyện Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long và phường Long Tuyền, quận Bình Thủy, Tp Cần Thơ đã trực tiếp hỗ trợ đất để tôi hoàn thành thí nghiệm đồng ruộng

Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của bè bạn và các anh, chị, em mà tôi không thể liệt kê hết trong lời cảm tạ này

Cuối cùng, tôi xin gửi tấm lòng ân tình tới gia đình, đặc biệt là chồng của tôi nguồn động viên và truyền nhiệt huyết để tôi hoàn thành luận án

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG

TÓM TẮT

Nghiên cứu xử lý bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản bằng biện pháp ủ phân hữu cơ vi sinh là rất cần thiết để tái sử dụng hiệu quả nguồn phế thải này, nhằm tránh tồn đọng, hạn chế

ô nhiểm môi trường trong tình hình sản xuất bia và chế biến thủy sản ngày càng gia tăng ở Việt Nam Nghiên cứu được thực hiện với các mục tiêu (i) xác định công thức ủ phù hợp để sản xuất phân hữu cơ vi sinh (HCVS ) từ bùn thải bia (BB) và bùn thải thủy sản (BTS), (ii) đánh giá hiệu quả của phân HCVS sản xuất được trên năng suất các loại cây rau, và (iii) phân lập và tuyển chọn dòng nấm có khả năng phân hủy các vật liệu hữu cơ chứa cellulose và chitin hướng đến mục tiêu sử dụng làm nguồn vi sinh trong sản xuất phân hữu cơ vi sinh

Kết quả cho thấy các nguồn bùn thải là nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng, có hàm lượng đạm, lân, kali, Ca và các nguyên tố vi lượng (Cu, Zn, Mn) tổng số cao Hàm lượng kim loại nặng như s, Hg, Pb, Cd dưới ngưỡng cho phép về ngưỡng chất thải nguy hại trong bùn thải theo QCVN 50/2013/BTNMT Các nguyên liệu bùn mía, rơm và xác mía có thể được sử dụng hiệu quả để phối trộn với bùn thải, tuy nhiên dựa vào đặc tính dinh dưỡng của bùn mía và tính sẳn có, dễ tiếp cận, thì bùn mía là nguồn nguyên liệu được đề xuất Kết quả cho thấy tỉ lệ phối trộn phù hợp là 20% bùn thải bia hoặc bùn thải thủy sản phối trộn với bùn mía ở tỉ lệ 80%, đạt yêu cầu của quá trình ủ về nhiệt độ, độ hoai mục, hàm lượng dinh dưỡng và diệt được vi sinh vật gây bệnh sau khi ủ, và thời gian hoai đạt sau 49 ngày ủ Phân hữu cơ vi sinh ủ từ bùn thải bia và thủy sản có hàm lượng N tổng số cao lần lượt là 2,83%, 2,85%; P tổng số lần lượt 5,6%, 6,63%; K tổng số là 2,1% và 2,11%;

%C từ 33,52-39,14; C/N sau ủ đạt lần lượt là 12,44 và 14,41; hàm lượng các kim loại nặng và VSV gây bệnh dưới ngưỡng cho phép Mật số nấm

bùn thải bia, đạt chỉ tiêu về chất lượng phân hữu cơ vi sinh theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP và TCN 526/2002/BNNPTNT

Năng suất cây rau tăng có ý nghĩa thống kê ở tất các các thí nghiệm đồng ruộng khi bón 5 tấn/ha HCVS từ hai nguồn bùn thải kết hợp bón NPK khuyến cáo (KC) so với bón theo nông dân (ND) và bón theo KC Trên cải tùa xại năng suất tăng 2 lần so với ND và KC; trên đậu bắp năng suất tăng hơn 50,73% so với KC và hơn 40,91% so với ND; trên dưa leo năng suất cao hơn 35% so với ND và 10% so với KC; trên bí đao năng suất tăng 8 % so với KC

Kết quả nghiên cứu cũng đã phân lập được 31 dòng nấm có khả năng phân hủy cellulose, trong đó 4 dòng nấm bao gồm R-NVT; R-ĐT1; M-2HA1;

và M-LT4 được tuyển chọn vì có khả năng phân hủy hỗn hợp bùn thải phối

trộn với bùn mía và đối kháng được nấm bệnh R.Solani trong điều kiện

invitro Hai trong bốn dòng có khả năng phân hủy bùn thải-bùn mía cao nhất

là dòng R-ĐT1 và M-2H 1 đã được được định danh và chúng thuộc loài

Neurospora crassa R-DT1 và Neurospora intermedia M-2HA1

Như vậy, ủ phân hữu cơ từ bùn thải bia và bùn thải thủy sản phối trộn với bã bùn mía ở tỉ lệ 20:80 để sản xuất phân hữu cơ vi sinh là một giải pháp

để xử lý BB và BTS, hạn chế gây ô nhiễm môi trường và tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ để gia tăng năng suất cây trồng Đồng thời, việc phân lập và tuyển chọn được các dòng nấm có khả năng vừa phân hủy vật liệu hữu cơ chứa

cellulose và chitin vừa ức chế được nấm bệnh R.solani gây hại trên cây trồng

rất có ý nghĩa hướng đến sử dụng như nguồn vi sinh vật có ích trong ủ phân hữu cơ vi sinh, cần được tiếp tục nghiên cứu

Từ khóa: Bùn thải bia, bùn thải thu sản, năng suất cây rau, nấm phân lập,

phân hữu cơ vi sinh

SUMMARY

Studying method for treating sludges from wastewater treatment plants

of beer (BS) and seafood (SS) factories by composting technique to produce microbial-organic fertilizer (bioF) from BS and SS is very essential to effective reuse of this waste source in order to avoid backlog, limit environmental contamination in Vietnam The study was undertaken to (i) Determination of optimal composting formula for the production of bioF from beer and seafood sludges, (ii) Assessment of effetiveness of microbial-organic fertilizers from beer and seafood factories’sludge on vegetable yield, and (iii) Isolation and selection of cellulose and chitin-decomposable fungal strains for promising use as benefit microorganism in production of microbial-organic fertilizer from sludges

The results showed that the sludges are high in total nitrogen, phosphorus, potassium, Ca and micro nutrients (Cu, Zn, Mn) Heavy metal content of As, Hg, Pb, Cd were below permission limit according to Vietnamese standards for hazardous sludges Organic materials consisting of sugarcane cake, straw, and bagasse could be mixed with BS and SS However, based on nutitional characteristic and the availability of the materials, sugarcane cake is selected for mixing with the sludges The mixting ratio of 20:80 sludges:sugarcane cake is suggested as the optimal mixture The microbial organic fertilizers (bioF) from BS and SS were matured after 49 days of incubation The BioF from BS and SS were rich in total nitrogen, phosphorus, potassium, and organic carbon with 2.83-2.85%N, 5.6-6.63%P2O5, 2.1-2.11%K2O, and 35.21-40.98%C, respectively, C/N ratios were 12.44 and 14.41 after 49 incubation days Heavy metal contaminants and

pathogen (Salmonella and E coli ) were below the standard issued by the

Ministry of Agriculture and Rural Development The population of

Trichoderma sp was at required Vietnamese standards with 7.14x107 to

recommended rate (RR) and 5 tons/ha of bioF made from BS and SS were statistically higher than those of fammer rate (FR) and recommended rate (RR) Mustard yield amended with RR and 5 tons/ha of bioF was doubled up compared to those of FR and RR On okra, yield increased by 50.73% and 40.91% compared to RR and FR, respectively Cucumber yield was 35% higher than that of FR and was 10% compared to RR The winter melon yield increased by 8% compared to RR and 11% compared to FR

Thirty one cellulose decomposable fungal trains were isolated, in which

LT4 were selected as the promising strains in decomposing the mixture of

organic materials with BB and BS and in the ability to resist to R.Solani fungus in in vitro culture Two identified fungi strains of R-ĐT1 and M-2HA1 were the species of Neurospora crassa R-DT1 và Neurospora intermedia M-

2HA1

In summary, composting of BS/SS with sugarcane cake at ratio of 20:80 to produce microbial-organic fertilizer can be a solution to treat BB and

SS and to provide organic fertilzer for incresaing vegetable yields The success

in isolation and selection of promising fungal strains which have the ability of decomposing cellulose and chitin in organic material, and the ability of

resisting to pathogenic fungus R.solani on plants, was meanfull in composting

microbial-organic fertilizer Furthur studies towarding the use of these fungus

as benefit microorganism in composting microbial-organic fertilizer should be continued

Key word: sludge from beer production, sludge from seafood processing,

vegetables yields, fungal isolation, microbial organic fertilizer

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM TẠ i

TÓM TẮT ii

SUMMARY iv

C M KẾT KẾT QUẢ vi

MỤC LỤC vii

D NH MỤC BẢNG xi

D NH MỤC HÌNH xiii

D NH MỤC TỪ VIẾT TẮT xv

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu luận án 4

1.3 Nội dung nghiên cứu 5

1.4 Tính mới của luận án 5

1.5 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 6

1.6.1 Ý nghĩa khoa học 7

1.6.2.Ý nghĩa thực tiễn 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QU N TÀI LIỆU 9

2.1 Khái quát về bùn thải 9

2.2 Đặc tính của bùn thải bia và bùn thải thủy sản 10

2.3 Ngưỡng giới hạn qui định về bùn thải của thế giới và Việt Nam 10

2.3.1 Ngưỡng giới hạn qui định về bùn thải trên thế giới 10

2.3.2 Ngưỡng giới hạn qui định về bùn thải của Việt Nam 11

2.4 Thực trạng xử lý bùn thải trên thế giới và Việt Nam 12

2.4.1 Thực trạng xử lý bùn thải bia và thủy sản trên thế giới 12

2.4.2 Thực trạng xử lý bùn thải bia và thủy sản tại Việt Nam 13

2.5 Phân hữu cơ 14

2.5.1 Khái niệm 14

2.5.2 Phân loại phân hữu cơ 14

2.5.3 Tác dụng của phân hữu cơ từ chất thải rắn trong cải thiện tính chất đất và gia tăng năng suất cây trồng 15

2.5.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân hữu cơ sử dụng bùn thải 17

2.5.4.1 Nhiệt độ 17

2.5.4.2 Độ thoáng khí và pH 18

2.5.4.3 Ẩm độ 18

2.5.4.4 T lệ C/N 19

2.5.4.5 Việc đảo trộn trong quá trình sản xuất 19

2.5.4.6 Nấm Trichoderma và nguyên liệu ủ hữu cơ 20

2.5.5.Những yêu cầu chất lượng phân hữu cơ 21

2.5.5.1 Yêu cầu về chất lượng dinh dưỡng và độ hoai mục 21

2.5.5.2 Yêu cầu các chỉ tiêu lý, hóa 22

2.6 Một số kết quả nghiên cứu sử dụng bùn thải trong ủ phân hữu cơ 24

2.6.1 Nghiên cứu ngoài nước 24

2.6.1.1 Các nghiên cứu sử dụng bùn thải bia và bùn thải thủy sản 24

2.6.1.2 Các nghiên cứu sử dụng các nguồn bùn thải khác 25

2.6.2 Nghiên cứu trong nước 27

2.6.2.1 Các nghiên cứu sử dụng bùn thải bia và bùn thải thủy sản 27

2.6.2.2 Các nghiên cứu sử dụng các nguồn bùn thải khác 29

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

3.1 Nội dung 1: Đánh giá thành phần lý học, hóa học, và dinh dưỡng của bùn thải bia và thủy sản 39

3.1.1 Phương tiện nghiên cứu 39

3.1.2 Các chỉ tiêu phân tích và phương pháp thu mẫu 39

3.1.2.1 Các chỉ tiêu phân tích: 39

3.1.2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu bùn thải 40

3.1.3 Phương pháp phân tích các nguồn bùn thải đầu vào 40

3.2 Nội dung 2: Đánh giá phương pháp xử lý trực tiếp bằng cách phơi nắng hai loại bùn thải làm phân bón trên cây rau 44

3.2.1 Thí nghiệm khảo sát tỉ lệ nảy mầm của cải xanh (Brassica juncea) trên giá thể bùn thải bia và bùn thải thủy sản đã được xử lý phơi nắng 44

3.2.2 Thí nghiệm đánh giá sự sinh trưởng và năng suất của cải xanh (Brassica juncea) được trồng trong đất có bón hai nguồn bùn thải sau xử lý phơi nắng 46

3.3 Nội dung 3: Xác định khả năng phân hủy, công thức ủ phối trộn phù hợp để ủ bùn thải bia và bùn thải thủy sản ở qui mô túi ủ 47

3.3.1.Thí nghiệm đánh giá khả năng phân hủy vật liệu hữu cơ 48

3.3.1.1 Phương tiện nghiên cứu 48

3.3.1.2 Phương pháp nghiên cứu 48

3.3.2.Thí nghiệm ủ phân hữu cơ từ hai nguồn bùn thải với qui mô túi ủ 50

3.3.2.1 Phương tiện và vật liệu nghiên cứu 50

3.3.2.2 Phương pháp nghiên cứu 51

3.4 Nội dung 4: Ủ phân hữu cơ vi sinh với công thức phối trộn phù hợp sử dụng hai nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản ở qui mô khối ủ lớn 53

3.4.1.Phương tiện nghiên cứu 54

3.4.2.Phương pháp nghiên cứu 54

3.4.2.1 Bố trí thí nghiệm 54

3.4.2.2 Các chỉ tiêu và thời gian khảo sát 55

3.5 Nội dung 5: Đánh giá hiệu quả phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải bia và bùn thải thủy sản trên năng suất cây rau điều kiện đồng ruộng 56

3.5.1.Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải trên năng suất cải tùa xại 57

3.5.1.1 Phương tiện nghiên cứu 57

3.5.1.2 Phương pháp nghiên cứu 58

3.5.2.Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh lên năng suất dưa leo 60

3.5.2.1 Phương tiện nghiên cứu 60

3.5.2.2 Phương pháp nghiên cứu 60

3.5.3.Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải lên năng suất đậu bắp 62

3.5.3.1 Phương tiện nghiên cứu 62

3.5.3.2 Phương pháp nghiên cứu 63

3.5.4.Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh lên năng suất bí đao 64

3.5.4.1 Phương tiện nghiên cứu 64

3.5.4.2 Phương pháp nghiên cứu 64

3.6 Nội dung 6: Phân lập dòng nấm phân hủy vật liệu hữu cơ 67

3.6.1 Phân lập các dòng nấm có khả năng phân hủy cellulose và chitin từ phụ phế phẩm nông nghiệp 67

3.6.1.1 Phương tiện 67

3.6.2 Đánh giá khả năng phân hủy của hỗn hợp bùn thải và bùn mía có chủng

các dòng nấm được phân lập 77

3.6.2.1 Chuẩn bị nguồn vật liệu và nguồn nấm phân lập 77

3.6.2.2 Bố trí thí nghiệm 77

3.7 Phương pháp xử lý và đánh giá số liệu 78

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 80

4.1 Nội dung 1: Đánh giá thành phần lý, hóa học, dinh dưỡng, và sinh học của bùn thải bia, bùn thải thủy sản và một số vật liệu 80

4.1.1 Các đặc tính lý học của vật liệu 80

4.1.1.1 Dung trọng 80

4.1.1.2 Ẩm độ của vật liệu 80

4.1.2 Đặc tính hóa học của vật liệu 81

4.1.2.1 pHH2O 81

4.1.2.2 EC (Electrical Conductivity) 81

4.1.3.Đặc tính dinh dưỡng của vật liệu trước khi ủ phân hữu cơ 82

4.1.3.1 Đạm tổng số (Nts) 82

4.1.3.2 Đạm hữu hiệu 83

4.1.3.3 Lân tổng số 84

4.1.3.4 Lân hữu hiệu 84

4.1.3.5 Kali tổng số 85

4.1.3.6 Kali hữu hiệu 85

4.1.3.7 Phần trăm carbon 86

4.1.3.8 Tỉ lệ C/N 86

4.1.4 Hàm lượng canxi tổng số, magiê tổng số và các nguyên tố vi lượng trong các mẫu vật liệu 87

4.1.5 Hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu vật liệu 89

4.1.6 Mật số vi sinh vật gây bệnh trên người trong bùn thải 91

4.2 Nội dung 2: Đánh giá phương pháp xử lý trực tiếp bằng cách phơi nắng hai loại bùn thải làm phân bón trên cây rau 92

4.2.1.Đánh giá thành phần dinh dưỡng và vi sinh trong hai nguồn bùn thải trước và sau khi xử lý phơi nắng 92

4.2.2.Đánh giá sự nẩy mầm của cải bẹ xanh (Brassica juncea) được gieo trên các giá thể bùn thải được xử lý phơi nắng 93

4.2.3.Đánh giá hiệu quả của bùn thải được xử lý phơi nắng phối trộn với bùn mía trên năng suất của cải bẹ xanh (Brassica Juncea) 94

4.3 Nội dung 3 Nghiên cứu công thức phối trộn phù hợp giữa bùn thải bia và bùn thải thủy sản với vật liệu hữu cơ qui mô túi ủ 97

4.3.1.Khả năng phân hủy của bùn thải và các vật liệu hữu cơ 97

4.3.1.1 Sự phóng thích CO2 của vi sinh vật 97

4.3.1.2 Phần trăm (%) trọng lượng giảm sau ủ 99

4.3.2.Kết quả ủ phân hữu cơ từ hai nguồn bùn thải qui mô túi ủ 100

4.3.2.1 Đặc tính lý, hóa, dinh dưỡng phân hữu cơ sau ủ 100

4.3.2.2 Mật số nấm Trichoderma và mật số Salmonella, E coli 113

4.4 Nội dung 4: Ủ phân hữu cơ vi sinh với công thức phối trộn phù hợp sử dụng hai nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản ở qui mô khối ủ lớn 115

4.4.1.Diễn biến nhiệt độ, ẩm độ, trọng lượng giảm, pH, EC, C/N, %C 115

4.4.1.1 Diễn biến nhiệt độ khối ủ theo thời gian 115

4.4.1.2 Ẩm độ khối ủ theo thời gian 116

4.4.1.3 Diễn biến phần trăm trọng lượng khối ủ giảm theo thời gian 118

4.4.1.4 Giá trị pH 118

4.4.1.5 Giá trị độ dẫn điện (EC) 119

4.4.1.6 Kết quả phân tích hàm lượng carbon (%) và tỉ số C/N 120

4.4.2.Hàm lượng đạm tổng, lân tổng, kali tổng, đạm hữu hiệu, lân hữu hiệu, kali hữu hiệu trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ 122

4.4.3.Hàm lượng canxi, magiê, và vi lượng trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ 124 4.4.4.Hàm lượng kim loại nặng trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ 124

4.4.5.Mật số nấm Trichoderma, vi khuẩn Ecoli, Salmonella 125

4.5 Nội dung 5 Đánh giá hiệu quả sử dụng phân hữu cơ vi sinh trên năng suất cây rau 127

4.5.1.Hiệu quả phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên sinh trưởng và năng suất cây cải tùa xại 127

4.5.1.1 Khả năng sinh trưởng của cải tùa xại 127

4.5.1.2 Năng suất cải tùa xại 131

4.5.2.Hiệu quả phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên sinh trưởng và năng suất đậu bắp 132

4.5.2.1 Các chỉ tiêu sinh trưởng của cây đậu bắp 132

4.5.2.2 Thành phần năng suất và năng suất đậu bắp 135

4.5.3.Hiệu quả phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên năng suất dưa leo 139

4.5.4.Hiệu quả phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên sinh trưởng và năng suất bí đao 143

4.5.4.1 Khả năng sinh trưởng bí đao 143

4.5.4.2 Năng suất bí đao 147

4.6 Nội dung 6: Phân lập và tuyển chọn dòng nấm phân hủy vật liệu hữu cơ

151

4.6.1.Phân lập các dòng nấm có khả năng tiết enzyme cellulase 151

4.6.1.1 Kết quả phân lập 151

4.6.1.2 Hoạt tính enzyme của các dòng nấm được phân lập 156

4.6.2.Kết quả đánh giá khả năng phân hủy rơm và xác mía của bốn dòng nấm có hoạt tính cellulase mạnh 159

4.6.2.1 Xác mía 159

4.6.2.2 Rơm 160

4.6.3.Khả năng phân hủy hỗn hợp bùn thải phối trộn bùn mía của các dòng nấm phân lập được tuyển chọn 164

4.6.3.1 Hàm lượng CO2 được phóng thích của dòng nấm phân lập trên bùn thải bia 164

4.6.3.2 Hàm lượng CO2 được phóng thích của dòng nấm phân lập trên bùn thải thủy sản 165

4.6.3.3 Phần trăm khối lượng giảm sau ủ (%) 168

4.6.3.4 Kết quả xác định mức độ loài của hai dòng nấm phân lập 169

4.7 Thảo luận chung về các kết quả nghiên cứu 169

4.7.1.Kết quả nghiên cứu ủ sản xuất phân HCVS bùn thải 169

4.7.2.Kết quả nghiên cứu hiệu quả của phân HCVS bùn thải và các khuyến cáo 171

4.7.3.Kết quả nghiên cứu về phân lập dòng nấm 171

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 172

5.1 Kết luận 172

5.2 Đề xuất 173

TÀI LIỆU TH M KHẢO 174

PHỤ LỤC 188

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Ngưỡng qui định hàm lượng kim loại nặng (mg/kg trọng lượng khô) 11

Bảng 2.2 Giá trị giới hạn kim loại nặng (ppm) của bùn thải 12

Bảng 2.3 Thành phần dinh dưỡng của bùn mía và xác mía 21

Bảng 2.4 Các tiêu chuẩn định lượng bắt buộc trong các loại phân hữu cơ vi sinh 21

Bảng 2.5 Ngưỡng bắt buộc về hàm lượng các kim loại nặng trong phân bón hữu cơ 23

Bảng 2.6 Ngưỡng giới hạn yêu cầu về mật số vi sinh vật gây bệnh trong phân bón 24 Bảng 2.7 Chất lượng phân HCVS thành phẩm ở quy mô 2 tấn sản phẩm 29

Bảng 3.1 Phương pháp phân tích đặc tính bùn thải 40

Bảng 3.2: các nghiệm thức đánh giá sự nẩy mầm của cải bẹ xanh được ươm trên 45

Giá thể của các nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản đã xử lý phơi nắng 45

Bảng 3.3: các nghiệm thức được thực hiện cho thí nghiệm đánh giá sinh trưởng và năng suất cải xanh 47

Bảng 3.4: nghiệm thức và tỉ lệ phối trộn tương ứng với t lệ c/n 49

Bảng 3.5 Nghiệm thức và tỉ lệ phối trộn 52

Bảng 3.6 Các nghiệm thức ủ phân hữu cơ 54

Hình 3.5 Chuẩn bị đất trồng 57

Hình 3.6.sơ đồ bố trí thí nghiệm trồng cải tùa xại 58

Bảng 3.7 Các nghiệm thức thí nghiệm và lượng phân bón cho cải tùa xại 58

Bảng 3.8 Các nghiệm thức thí nghiệm và lượng phân hữu cơ 60

Bảng 3.9 Đặc điểm đất đầu vụ trồng đậu bắp 62

Bảng 3.10 Các nghiệm thức thí nghiệm và lượng phân hữu cơ 63

Bảng 3.11 Các nghiệm thức thí nghiệm và lượng phân hữu cơ 65

Bảng 4.1 dung trọng và ẩm độ các mẫu vật liệu trước khi ủ phân hữu cơ 80

Bảng 4.2 pHH2O, EC (mS/cm) của các mẫu vật liệu trước khi ủ phân hữu cơ 82

Bảng 4.3 Đặc tính dinh dưỡng các mẫu vật liệu trước khi ủ phân hữu cơ 83

Bảng 4.4 %C và C/N của các mẫu vật liệu trước khi ủ phân hữu cơ 86

Bảng 4.5 Hàm lượng Ca, Mg,Cu, Zn, Mn trong các mẫu vật liệu 87

Bảng 4.6 Hàm lượng kim loại nặng có trong vật liệu trước khi ủ phân hữu cơ 90

Bảng 4.7 Mật số vi sinh vật gây bệnh từ các nguồn bùn thải 91

Bảng 4.8: Thành phần dinh dưỡng và mật số vi sinh vật có trong hai nguồn bùn trước và sau khi xử lý phơi nắng 93

Bảng 4.9: Sự nảy mầm của hạt cải bẹ xanh trên các giá thể 94

Bảng 4.10: Ảnh hưởng của bùn thải được phơi nắng phối trộn bùn mía trên năng suất cải bẹ xanh 95

Bảng 4.11: Mật số vi sinh vật gây bệnh trong cải xanh khi thu hoạch 96

Bảng 4.12 Phần trăm khối lượng giảm của các nghiệm thức ở các thời điểm ủ 104

Bảng 4.13 Giá trị pH của các nghiệm thức ở các thời điểm ủ 105

Bảng 4.14 Giá trị EC (mS/cm) của các nghiệm thức ở các thời điểm ủ 106

Bảng 4.15 Phần trăm carbon tổng số của các nghiệm thức theo thời gian ủ 108

Bảng 4.16 Hàm lượng đạm tổng số các nghiệm thức theo thời gian ủ 109

Bảng 4.17 Diễn biến hàm lượng lân tổng số các nghiệm thức ủ phân hữu cơ 111

Bảng 4.18 Diễn biến hàm lượng kali tổng số các nghiệm thức ủ phân hữu cơ 112

Bảng 4.19 Giá trị C/N của các nghiệm thức theo thời gian ủ 113

Bảng 4.20 Mật số nấm Trichoderma sau 75 ngày ủ 114

Bảng 4.21 Mật số vi sinh vật gây bệnh Salmonella, E coli củacác nghiệm thức 114

Bảng 4.22 Phần trăm carbon thay đổi theo thời gian 121

Bảng 4.23 Tỉ số C/N khối ủ theo thời gian 122

Bảng 4.24 Hàm lƣợng đạm tổng số, lân tổng số, kali tổng số, đạm hữu hiệu, lân hữu hiệu, kali hữu hiệu 122

Bảng 4.25 Hàm lƣợng Ca, Mg,Cu, Zn, Mn tổng số trong phân hữu cơ sau ủ 124

Bảng 4.26 Hàm lƣợng kim loại nặng sau khi ủ phân hữu cơ 125

Bảng 4.27 Mật số nấm Trichoderma trong phân hcvs sau ủ 126

Bảng 4.28 Vi khuẩn Ecoli, Salmonella trong phân hcvs sau ủ 126

Bảng 4.29 Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên chiều cao cây cải 128

Bảng 4.30 Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên số lá/cây cải 129

Bảng 4.31 Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên chiều dài lá cây cải 130

Bảng 4.32 Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên chiều rộng lá cây cải 130

Bảng 4.33 Các dòng nấm đƣợc phân lập từ các nguồn vật liệu hữu cơ 151

Bảng 4.34 Hình thái các khuẩn lạc đã đƣợc tách ròng có hoạt tính cellulase và chitinase 151

Bảng 4.35 Hiệu suất đối kháng của các dòng nấm tuyển chọn đối với nấm R Solani 162

Bảng 4.36 Định danh dòng nấm thể hiện sự phân hủy cao vật liệu hữu cơ chứa cellulose và lignin 169

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Quá trình phân giải cellulose của phức hệ enzyme cellulase 34

Hình 2.2 Cấu trúc chitin 34

Hình 3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu thí nghiệm 37

Hình 3.2: định lượng Coliforms trong hai nguồn bùn thải sử dụng môi trường 42

Hình 3.3: định lượng E Coli trong hai nguồn bùn thải 42

Hình 3.4 Định lượng Salmonella có trong hai nguồn bùn thải 43

Hình 3.5 Chuẩn bị đất trồng 57

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trồng cải tùa xại 58

Hình 3.7 Phương pháp cấy cải vào các hộc 59

Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trồng dưa leo 61

Hình 3.9 Chuẩn bị đất trồng dưa leo 61

Hình 3.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trồng bí đao 65

Hình 3.11 Chuẩn bị đất trồng bí đao và cách cấy cây con vào các hốc 66

Hình 3.12 Các mẫu vật liệu trên đĩa môi trường HA 69

Hình 3.13 Sự hiện diện của vòng halo của các dòng nấm được nuôi cấy trên môi trường HA có bổ sung CMC 70

Hình 3.14: Bố trí thí nghiệm phân hủy vật liệu rơm và xác mía 71

Hình 3.15 Sự phát triển của dòng nấm được phân lập trong môi trường hagem lỏng 72

Hình 3.16 Khối agar chứa nấm R Solani trên vật liệu rơm được phân hủy bởi nấm M-2HA1 75

Hình 3.17 Vị trí thử nghiệm hiệu quả của các dòng nấm phân lập đối kháng với nấm R Solani trên cùng một đĩa chứa môi trường PDA 75

Hình 3.18 Nấm R Solani (a) và nấm được phân lập (b) được cấy riêng rẻ trên đĩa chứa môi trường PD 76

Hình 4.1 Hàm lượng CO2 hô hấp của vi sinh vật sau ủ 99

Hình 4.2 Phần trăm trọng lượng giảm sau thí nghiệm hô hấp vi sinh vật 100

Hình 4.3 Diễn biến nhiệt độ của các nghiệm thức theo thời gian ủ 101

Hình 4.4 Diễn biến ẩm độ của các nghiệm thức theo thời gian ủ 103

Hình 4.5 Diễn biến nhiệt độ khối ủ theo thời gian 116

Hình 4.6 Diễn biến ẩm độ khối ủ theo thời gian 117

Hình 4.7 Diễn biến trọng lượng khối ủ giảm theo thời gian 118

Hình 4.8 Giá trị pH của khối ủ thay đổi theo thời gian 119

Hình 4.9 Giá trị EC (mS/cm) của khối ủ thay đổi theo thời gian 120

Hình 4.10 Hiệu quả phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên năng suất cải 132

Hình 4.11 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên chiều cao (a), đường kính thân (b); số lá (c) 134

Hình 4.12 Ảnh hưởng của phân hữu cơ lên chiều dài (a) và chiều rộng lá (b) 135

Hình 4.13: ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh đến chiều dài trái 136

Hình 4.14: ảnh hưởng của phân hữu cơ đến đường kính trái đậu bắp 137

Hình 4.15: ảnh hưởng của phân hữu cơ đến năng suất đậu bắp 138

Hình 4.16 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên đường kính trái 139

Hình 4.17 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên chiều dài trái dưa leo 140 Hình 4.18 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên số trái dưa leo/dây 141

Hình 4.19 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên trọng lượng trái dưa leo

142

Hình 4.20 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên năng suất 143

Hình 4.21 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên số lá 144

Hình 4.22 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên chiều dài lá (a) và chiều rộng lá (b) 145

Hình 4.23 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên số nhánh 146

Hình 4.24 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên chiều dài dây 147

Hình 4.25 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên trọng lượng trái (a), chiều dài trái (b) 148

Hình 4.26 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên tổng số trái bí đao 149

Hình 4.27 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh bùn thải lên năng suất bí đao 150

Bảng 4.33 Các dòng nấm được phân lập từ các nguồn vật liệu hữu cơ 151

Bảng 4.34 Hình thái các khuẩn lạc đã được tách ròng có hoạt tính cellulase và chitinase 151

Hình 4.28 Khả năng tiết ra enzyme cellulase của các dòng nấm được phân lập 157

Hình 4.29: Hoạt tính chitinase của các dòng nấm được phân lập trên môi trường chitin 159

Hình 4.30 Khả năng phân hủy xác mía của các dòng nấm được phân lập 160

Hình 4.31 Khả năng phân hủy rơm của các dòng nấm được phân lập 161

Hình 4.32 Sự phát triển của nấm R Solani trong điều kiện có và không có sự hiện diện của nấm phân lập với (a): nấm R Solani phát triển trên môi trường PD ; (b) nấm R Solani phát triển chung với nấm phân lập sau 24h nuôi cấy và (c): nấm phân lập phát triển trên môi trường PDA sau 24h nuôi cấy 162

Hình 4.33 Sự phát triển của nấm R Solani trên giá thể của các vật liệu được phân hủy bởi các dòng nấm được phân lập với (a): nấm R Solani phát triển trên giá thể rơm bị phân hủy bởi nấm R-ĐT1; (b) nấm R Solani phát triển trên giá thể rơm bị phân hủy bởi nấm R-NVT1; (c): nấm R Solani phát triển trên giá thể rơm bị phân hủy bởi nấm M-2H 1 và (d) nấm R Solani phát triển trên giá thể rơm ở nghiệm thức đối chứng 163

Hình 4.34 Sự phóng thích CO2 của bùn thải bia đối với các dòng nấm phân lập 165

Hình 4.35 Sự phóng thích CO2 của bùn thải thủy sản đối với các dòng nấm phân lập 166

Hình 4.36 Sự phóng thích CO2 của hai nguồn bùn thải 167

Hình 4.37 Phần trăm khối lượng giảm sau ủ 168

PHCVS Phân hữu cơ vi sinh

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Bùn thải là loại chất thải phát sinh từ quá trình tách ép nước hoặc bùn lắng trong qui trình xử lý nước thải của nhà máy Quá trình xử lý nước thải tạo

ra một lượng lớn bùn, ước tính chiếm từ 5% đến 25% tổng thể tích nước xử lý Trong quá trình xử lý bùn, khoảng 30-40% các chất hữu cơ có trong nước thải

sẽ chuyển sang dạng bùn hay lượng bùn sinh ra khi xử lý 1L nước thải là khoảng 0,3kg đến 0,5kg bùn thải Bùn thải bia là nguồn bùn thải phát sinh từ

hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia (gọi là bùn thải bia-BB) thải ra môi trường với lượng 6 triệu tấn/năm (Bộ Công Thương, 2009; Bộ Công

Thương, 2016; Fillaudeau et al (2006)), trong đó Đồng bằng sông Cửu Long

(ĐBSCL) chiếm 10% tổng lượng cả nước (Bộ Công Thương, 2016) Bùn thải thủy sản là nguồn bùn thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản (gọi vắn tắt là bùn thải thủy sản-BTS) ở ĐBSCL thải ra môi trường trung bình hàng năm đạt khoảng 313.170 tấn (Võ Phú Đức, 2013)

Trong quá trình tách ép nước thì đa số các nhà máy có sử dụng chất keo

tụ nên hầu hết bùn thải có độ nén dẽ và độ xốp thấp Thành phần chính trong chất keo tụ tham gia quá trình tách ép nước là protein (chiếm 45%), acid humic (chiếm 15-30%), cacbonhydrate (chiếm 13%) và các hợp chất hữu cơ

khác (Jin et al., 2003; Neyens and Baeyens, 2003) Neyens et al (2004) đã

tìm ra rằng các hợp chất này sẽ bị phân giải bởi nhiệt nên xử lý bùn thải bằng cách ủ phân hữu cơ hoặc phơi nắng cố thể là phương pháp cần thiết để xử lý bùn thải

Thành phần cơ bản trong bùn thải bia là đường, tinh bột và hợp chất

hữu cơ, không chứa độc tố kim loại nặng (Feng et al., 2008; Olajire, 2012)

Thành phần trong bùn thải thủy sản là protein, các hợp chất lân, humic, axit

fulvic, aldehyde, cacbonhydrate, và phenol (Mook et al., 2012) Do đó, có

thể thấy rằng hai nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản có tiềm năng cung cấp dưỡng chất N, P, K, và chất hữu cơ nếu hai nguồn bùn thải này được tái

sử dụng trong sản xuất nông nghiệp (Feng et al., 2008; Kanagachandran and Jayaratne, 2006; Mook et al., 2012; Olajire, 2012; Parawira et al., 2005; Võ Phú Đức, 2013; Võ Thị Kiều Thanh và ctv., 2012)

Theo Stocks et al (2002) các dạng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải

đã bị cấm thải ra biển từ năm 1998 và do chi phí xử lý bùn thải chiếm khoảng 40-50% tổng chi phí trong qui trình xử lý nước thải của các nhà máy (Neyens

et al., 2004; Vriens et al., 1989) nên lượng bùn thải này được nhiều quốc gia

trên thế giới chọn cách xử lý là đốt bỏ hoặc chôn lấp, chỉ một lượng nhỏ là

tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp (Przewrocki et al., 2004; Senthilraja et

al., 2013a; Wang et al., 2008) Ở Việt Nam, việc chôn lấp chiếm khoảng

50-75%, khoảng 25-35% là tái sử dụng trong hoạt động canh tác nông nghiệp (Trần Thị Kim Hạnh, 2013)

Theo Senthilraja et al (2013b) và Feng et al (2008) cho rằng bùn thải

bia không chứa độc tố, vẫn có thể được tái sử dụng nhưng phải được quản lý

và sử dụng theo đúng qui định về môi trường Nguồn bùn thải thủy sản thì không thuộc danh mục chất thải nguy hại nên được phép quản lý như chất thải thường (Võ Phú Đức, 2013) Tuy nhiên, việc tăng lượng bùn thải từ hai loại này lên đất và thiếu biện pháp xử lý trước đó đã dẫn đến những lo ngại

về sự tích tụ độc tố nguy hại, khả năng lây truyền mầm bệnh từ vi khuẩn và giảm chất lượng môi trường đất, nước và không khí do thành phần hữu cơ cao trong bùn thải (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2013; Lê Thị Kim Oanh và Trần Thị Mỹ Diệu, 2016) Vì thế biện pháp xử lý bùn thải thân thiện với môi trường như biện pháp sử dụng làm phân bón là rất cần thiết để các hợp chất

dinh dưỡng trong bùn thải có thể được tái sử dụng (Wang et al., 2008) đồng

thời việc sử dụng lại bùn thải này có thể giảm tác động gây hại đến môi

trường đất, nước, và môi trường sống của cộng đồng (Saviozzi et al., 1994; Stocks et al., 2002; Thomas and Rahman, 2006)

Đa số các tài liệu đều cho rằng bùn thải bia và bùn thải từ quá trình xử

lý nước thải có thể được sử dụng làm phân bón Tuy nhiên có rất ít tài liệu nghiên cứu về phương pháp xử lý bùn thải để làm phân bón, để sản xuất phân hữu cơ, đặc biệt là sản xuất phân hữu cơ vi sinh trong đó có một hoặc nhiều

nhóm vi sinh vật còn sống với mật số đạt tiêu chuẩn Stocks et al (2002) đã

nghiên cứu ủ phân compost từ bùn thải bia phối trộn với hèm bia, rơm và mụn

giấy với tỉ lệ tương ứng là 7:4:1,5:1,5 Tuy nhiên Stocks et al (2002) chỉ

nghiên cứu một tỉ lệ phối trộn với bùn thải bia mà chưa nghiên cứu nhiều vật liệu và công thức phối trộn phù hợp Tác giả cũng chưa nghiên cứu phân tích hàm lượng vi lượng, kim loại nặng (KLN), vi sinh vật (VSV) trong phân hữu

cơ để hướng đến sản xuất phân hữu cơ vi sinh đạt tiêu chuẩn

Tương tự ở trong nước, nghiên cứu của Võ Phú Đức (2013) cũng chỉ nghiên cứu ủ phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải cá với tro trấu tỉ lệ 9:1 Nghiên cứu chưa khảo sát ủ phối trộn với rơm, xác mía, bùn mía và cũng chưa phân tích đầy đủ chất lượng dinh dưỡng của phân hữu cơ vi sinh sau ủ như hàm lượng P, K tổng và hữu hiệu, Ca, Mg và vi lượng đầu vào của bùn thải và phân hữu cơ vi sinh sau ủ

Thí nghiệm của Lê Thị Kim Oanh và Trần Thị Mỹ Diệu (2016) ủ phân hữu cơ từ bùn thải cá phối trộn với mạc cưa và rơm với 3 mức tỉ lệ 3:7, 7:3,

và 5:5 cho mạc cưa và tỉ lệ 7:3, 5:5, và 9:1 đối với rơm Như vậy, tác giả có nghiên cứu với nhiều tỉ lệ phối trộn, tuy nhiên chưa đánh giá đầy đủ đặc tính các nguồn bùn thải, chất lượng dinh dưỡng của phân hữu cơ sau ủ, và cũng chưa nghiên cứu hiệu quả của phân hữu cơ sản xuất được trên năng suất cây trồng

Tóm lại, chưa có nhiều tài liệu nghiên cứu ngoài nước về ủ bùn thải bia

và bùn thải thủy sản để làm phân hữu cơ Các nghiên cứu trong nước về ủ phân hữu cơ cũng chưa nhiều; có một vài nghiên cứu về ủ phân hữu cơ từ nguồn bùn thải thủy sản nhưng chưa có nghiên cứu nào về ủ bùn thải bia làm phân hữu cơ hoặc phân hữu cơ vi sinh Các nghiên cứu này cũng chỉ nghiên cứu trên cùng một tỉ lệ và trên cùng một vật liệu hữu cơ nhất định và chỉ dừng lại là ủ phân hữu cơ thông thường mà chưa nghiên cứu ủ phân hữu cơ vi sinh Tiêu chuẩn để sản xuất phân hữu cơ vi sinh là cần thêm vào một hoặc nhiều vi sinh vật có ích và còn sống trong sản phẩm phẩn hữu cơ sau khi ủ (Nghị định 108/2017/NĐ-CP) Do đó cần bổ sung nguồn vi sinh vật có ích với liều lượng phù hợp để vi sinh vật thêm vào còn sống sau khi ủ

Do bùn thải có độ xốp và độ bền đoàn lạp thấp (Jin et al., 2003; Li et

al., 2012)nên cần phối trộn thêm với các nguồn có độ xốp cao hơn như bùn mía, xác mía và rơm Đây là những nguồn có độ thoáng khí và độ xốp cao giúp cải thiện độ xốp của phân hữu cơ trong và sau quá trình ủ Mặt khác các nguồn này là những phụ phế phẩm nông nghiệp nên việc sử dụng phối trộn với bùn thải cũng góp phần vừa tăng độ xốp, cung cấp nguồn cac bon cho vi sinh vật, tăng chất lượng dinh dưỡng của phân sau khi ủ, vừa giúp giải quyết vấn đề tồn đọng chất thải gây ô nhiễm môi trường Khả năng phân hủy của bùn thải có thể thấp, tỉ lệ C/N thấp do chất hữu cơ dễ phân hủy trong bùn thải

đã được phân hủy trong quá trình lắng đọng ở các bể lắng tụ trong quá trình

xử lý nước thài, do đó việc bổ sung các nguồn vật liệu giàu carbon, tỉ lệ C/N cao sẽ giúp hoạt động của vi sinh vật trong quá trình ủ diễn ra thuận lợi, nhiệt độ đống ủ cao sẽ diệt được nguồn vi sinh vật có hại Do đó câu hỏi đặt

ra là ủ bùn thải bia và bùn thải thủy sản với công thức nào, tỉ lệ là bao nhiêu, cho phù hợp nhất để tạo ra phân hữu cơ vì sinh có chất lượng cao, sạch bệnh,

và có hiệu quả trên cây trồng, đồng thời đáp ứng được nhu cầu sử dụng ở qui

mô lớn phục vụ thương mại hóa

Do đó, việc nghiên cứu ủ phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải nhà máy xử lý nước thải trong sản xuất bia và chế biến thủy sản sử dụng các vật liệu hữu cơ

mía, rơm và xác mía để tăng độ xốp và chất lượng và hiệu quả của phân hữu

cơ trên cây trồng là cần thiết trong việc tìm kiếm giải pháp thân thiện với môi trường để giải quyết vấn đề tồn đọng, giảm áp lực và giảm tác hại môi trường

do xử lý bằng cách chôn lấp

Bên cạnh đó, để sản xuất phân hữu cơ vi sinh thì cần có nguồn vi sinh vật có ích để phân hủy nhanh vật liệu hữu cơ Theo nhiều nghiên cứu trước đây thì nhóm nấm là có khả năng nặng phân hủy nhanh vật liệu hữu cơ chứa cellulose (Lê Thị Thanh Thủy và Phạm Văn Toản, 2001; Luu Hong Man and Nguyen Ngoc Ha, 2006) Do vậy với mong muốn bổ sung thêm nguồn vi sinh vật mới để phân hủy vật liệu hữu cơ, đẩy nhanh quá trình ủ phân hữu cơ

vi sinh và giúp giải quyết phân hủy vật liệu hữu cơ phối trộn bùn thải nên việc phân lập và tuyển chọn các dòng nấm từ các nguồn phụ phế phẩm nông nghiệp là cần thiết Tuy nhiên, do điều kiện kinh phí và thời gian nên việc nghiên cứu phương pháp ủ phân hữu cơ từ bùn thải đã được tiến hành song song với nghiên cứu phân lập dòng nấm phân hủy vật liệu hữu cơ thay vì được tiến hành sau khi đã xác định và định danh được dòng nấm phân hủy hữu cơ Do đó trong nghiên cứu quá trình ủ phân hữu cơ vi sinh đã sử dụng nguồn nấm từ chế phẩm sinh học Trichoderma của trường Đại học Cần Thơ Việc phân lập đã chọn được đồng nấm tối ưu và đã được gửi định danh nhưng do thời gian nên chưa thực hiện chủng nấm mới phân lập trong quá trình ủ phân hữu cơ vi sinh

Từ những vấn đề nêu trên, nghiên cứu ủ phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải bia và thủy sản là biện pháp rất cần thiết để xử lý hai nhóm bùn thải này, cung cấp nguồn phân hữu cơ vi sinh mới có hiệu quả Việc xử lý bùn thải bia

và thủy sản bằng phương pháp ủ phân hữu cơ vi sinh rất thân hiện môi trường và giúp người dân dễ vận dụng, góp phần tăng hiệu quả sử dụng phân bón và sử dụng đất, giảm gánh nặng ô nhiễm môi trường, và tăng hiệu quả kinh tế cho xã hội trong canh tác nông nghiệp Đồng thời, việc phân lập để tuyển chọn dòng nấm có khả năng phân hủy vật liệu hữu cơ cũng sẽ góp phần cung cấp thêm nguồn vi sinh vật mới hướng tới sản xuất chế phẩm sinh học hỗ trợ quá trình ủ phân hữu cơ vi sinh

1.2 Mục tiêu luận án

Mục tiêu chung của nghiên cứu là sử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải nhà máy bia và chế biến thủy sản ở Đồng bằng sông Cửu Long để sản xuất phân hữu cơ vi sinh (HCVS) và đánh giá hiệu quả sử dụng phân hữu

cơ vi sinh sản xuất được trên năng suất cây trồng

Các mục tiêu cụ thể được thực hiện bao gồm:

Xác định công thức ủ để sản xuất phân HCVS từ bùn thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản;

Đánh giá hiệu quả phân HCVS sản xuất được trên năng suất cây rau; và Phân lập và tuyển chọn dòng nấm có khả năng phân hủy các vật liệu hữu cơ chứa cellulose và chitin

1.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu trên các nội dung chính như sau được thực hiện:

Nội dung 1: Xác định các đặc tính lý, hóa, dinh dưỡng và sinh học của bùn thải từ các nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản

Nội dung 2: Đánh giá phương pháp xử lý trực tiêp bằng cách phơi nắng hai loại bùn thải làm phân bón trên cây rau;

Nội dung 3 Xác định khả năng phân hủy, công thức ủ phối trộn phù hợp để ủ bùn thải bia và bùn thải thủy sản ở qui mô túi ủ;

Nội dung 4 Ủ phân hữu cơ vi sinh với vật liệu hữu cơ và tỉ lệ phối trộn phù hợp sử dụng hai nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản ở qui mô khối ủ lớn;

Nội dung 5 Đánh giá hiệu quả sử dụng phân hữu cơ vi sinh sản xuất được trên năng suất cây rau bao gồm cải tùa xại, đậu bắp, dưa leo và bí đao trong điều kiện đồng ruộng; và

Nội dung 6: Phân lập và tuyển chọn một số dòng nấm có khả năng phân hủy vật liệu hữu cơ

1.4 Tính mới của luận án

Ủ phân hữu cơ vi sinh (HCVS) là biện pháp xử lý thân thiện với môi trường, có thể giải quyết được nạn tồn đọng bùn thải và giảm vấn đề ô nhiễm môi trường trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Tuy nhiên hiện nay nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản chưa được nghiên cứu nhiều và chưa được tái sử dụng làm phân bón hữu cơ đặc biệt là phân hữu cơ

vi sinh HCVS nên nghiên cứu sản xuất phân HCVS đối với khu vực ĐBSCL mang tính mới, làm cơ sở cho việc ứng dụng trong sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ hai nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản

Nghiên cứu đã đề xuất các vật liệu phối trộn là các nguồn bùn mía, xác mía, và rơm trong đó nguồn bùn mía được chọn lựa với tỉ lệ phối trộn là bùn thải:bùn mía 20:80 là nhằm tận thu các nguồn phụ phế phẩm nông nghiệp để tìm công thức phối trộn phù hợp nhất để phân HCVS sản xuất được đạt chất lượng tiêu chuẩn ngành và đạt hiệu quả trên năng suất cây rau thì chưa được nghiên cứu sâu rộng Do vậy, vấn đề nghiên cứu của luận án

đã mang lại nguồn nguyên liệu phối trộn và tỉ lệ phối trộn mới nhằm hoàn thiện qui trình ủ phân hữu cơ vi sinh của bùn thải

Bón phân hữu cơ vi sinh sản xuất được từ bùn thải có thể giảm 30% phân hóa học nhưng năng suất cây rau gồm cải tùa xại, đậu bắp, dưa leo, và

bí đao vẫn đạt cao Như vậy, bón phân HCVS bùn thải vào đất dù chỉ 1 vụ nhưng hiệu quả sử dụng phân bón và sử dụng đất đã được cải thiện

Việc phân lập các dòng nấm từ các nguồn phế phẩm nông nghiệp đã tìm được bốn (04) dòng nấm có khả năng phân hủy tốt hợp chất hữu cơ chứa

cellulose và lignin đạt tương đương và cao hơn so với nấm

Trichoderma.sp-ĐHCT Hai trong bốn dòng nấm mới không thuộc loài với dòng nấm

Trichoderma nên đây là điểm mới trong nghiên cứu luận án

1.5 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

Các nguồn bùn thải được thu là bùn thải đã được tách ép nước hoặc được lắng tụ ở bể lắng từ hệ thống xử lý nước thải tại các nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản trong khu vực ĐBSCL, cụ thể là:

Bùn thải bia được thu từ các nhà máy sản xuất bia bia ở các tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu, và Tiền Giang

Bùn thải thủy sản được thu từ các nhà máy chế thủy sản ở tỉnh Hậu Giang, n Giang, Đồng Tháp, Bạc Liêu, và Tiền Giang

Nguồn bùn mía và xác mía được thu tại nhà máy mía đường Thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang Nguồn rơm được thu tại đồng ruộng trồng lúa sau thu hoạch thuộc tỉnh n Giang, Đồng Tháp, và Tp Cần Thơ

Đất trồng nghiên cứu được thực hiện tại các khu vực: xã Mỹ Hoà, huyện Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long; và phường Long Tuyền, quận Bình Thủy,

Tp Cần Thơ

Giống cây trồng bao gồm giống cải xanh chịu mưa TN 53 của Công ty Trang Nông, giống cải tùa xại TN108 của công ty Trang Nông, giống đậu bắp cao sản V 78.79 của công ty Việt Á, giống dưa leo VL 636F1 của công ty Hoa Sen), và giống bí đao F1 TN 88 của công ty Trang Nông

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu

Các nguồn bùn thải, bùn mía, xác mía và rơm được thu trong khu vực ĐBSCL tại các tỉnh Sóc trăng, Bạc Liêu, Hậu Giang, Tp.Cần Thơ, Tiền Giang,

n Giang, và Đồng Tháp được chọn trong mục 1.5.1

Việc ủ phân hữu cơ vi sinh áp dụng phương pháp ủ phân hữu cơ compost ở qui mô nhỏ, giới hạn phạm vi nghiên cứu ủ phân ở xác định công thức phối trộn phù hợp giữa bùn thải với các vật liệu hữu cơ để sản xuất phân hữu cơ vi sinh

Nghiên cứu thí nghiệm hiệu quả của phân hữu cơ trên cây trồng chỉ giới hạn đánh giá trên sự sinh trưởng và năng suất của cây rau Do phân hữu cơ nếu chỉ bón 1 vụ thì đặc tính đất chưa có sự biến động lớn nên nghiên cứu không phân tích các chỉ tiêu đất cuối vụ mà chỉ phân tích đất đầu vụ để đánh giá đặc tính đất thí nghiệm

Nghiên cứu phân lập vi sinh vật chỉ giới hạn ở việc phân lập từ những nguồn bản địa dễ thu như rơm, xác mía, và xơ dừa và bước đầu tuyển chọn, định danh dòng nấm có khả năng phân hủy vật liệu hữu cơ

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.6.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu đã cho thấy ưu điểm của các nguồn bùn thải bia và bùn thải thủy sản là hàm lượng dinh dưỡng của bùn thải rất cao; đây là hai nguồn giàu đạm, giàu lân, giàu các nguyên tố trung vi lượng và không chứa độc tố kim loại nặng Tuy nhiên khuyết điểm của bùn thải là vật liệu ít tơi xốp, tỉ lệ C/N thấp nên cần xác định vật liệu và tỉ lệ phối trộn vật liệu hữu cơ phù hợp để sản xuất phân hữu cơ đạt chất lượng cao

Nghiên cứu đã đề xuất các vật liệu phối trộn phù hợp với bùn thải bia

và bùn thải thủy sản là bùn mía, rơm và xác mía trong đó bùn mía có thể được

ưu tiên sử dụng để sản xuất phân hữu cơ vi sinh do nguồn vật liệu có trữ lượng lớn và hàm lượng dinh dưỡng cao Tỉ lệ phối trộn bùn thải: bùn mía (hoặc bùn thải:rơm) đề xuất là 20:80 được khuyến nghị để sản xuất phân hữu cơ vi sinh

có độ xốp cao, hàm lượng dinh dưỡng cao đạt tiêu chuẩn phân hữu cơ vi sinh Hàm lượng bùn thải không khuyến cáo sử dụng ở mức cao vì tỉ lệ C/N thấp do

đó cần sử dụng phối trộn ở mức thấp để vật liệu ủ có tỉ lệ C/N phù hợp, bảo đảm nhiệt độ đống ủ đạt cao trong quá trình ủ, tiêu diệt được các mầm vi sinh vật gây bệnh

Nghiên cứu đã xác định được hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh sản xuất được từ hai nguồn bùn thải trên năng suất cây rau như cải tùa xại, đậu bắp, dưa leo, và bí đao Lượng phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải được khuyến cáo sử dụng ở mức 5 tấn /ha kết hợp phân vô cơ cân đối Bón 5T/ha phân HCVS bùn thải sẽ giảm 30% lượng phân hóa học nên thí nghiệm đã góp phần tăng hiệu

quả sử dụng phân hóa học của người dân, gián tiếp giảm tác hại do bón dư thừa phân hóa học trên cây, trong đất và nước

Kết quả nghiên cứu đã cung cấp thêm nguồn nấm mới có khả năng tiết

enzyme cellulase và chitinase cao hơn so với nấm Trichoderma.sp-ĐHCT Đã

chọn lọc được 2 dòng nấm phân hủy tốt hỗn hợp bùn thải và bùn mía tỉ lệ 20:80, góp phần bổ sung thêm dòng nấm có ích trong ủ phân hữu cơ vi sinh

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Luận án đã nghiên cứu sản xuất thành công phân hữu vi sinh đạt yêu cầu chất lượng qui định theo tiêu chuẩn của ngành từ nguồn bùn thải từ sản xuất bia và chế biến thủy sản Do đó ủ phân hữu cơ vi sinh sẽ là biện pháp khả thi, thân thiện với môi trường để giải quyết vấn đề tồn đọng chất thải trong khu vực, hạn chế ô nhiễm môi trường

Luận án khẳng định vai trò của bón phân hữu cơ vi sinh trong cải thiện năng suất và khả năng sinh trưởng trên cây rau Lượng bón phân hữu cơ vi sinh từ hai nguồn bùn thải sản xuất được khuyến nghị là 5 tấn/ha, lượng này sẽ phù hợp với kinh tế của người dân nhưng vẫn đảm bảo tăng năng suất cây rau, tăng giá trị kinh tế, tăng thu nhập của nông dân có ý nghĩa Qua kết quả nghiên cứu của luận án giúp khuyến cáo đến nông dân sử dụng phân hữu cơ vi sinh trong canh tác rau trên đất liếp để đạt hiệu quả kinh tế cao và bền vững

Nghiên cứu đã chọn được 4 dòng nấm tối ưu trong quá trình phân hủy vật liệu hữu cơ và đối kháng nấm bệnh Trong đó có hai dòng được định danh

là loài Neurospora crassa và Neurospora intermedia Do đó đã xác định được

dòng nấm mới, có thể được tiếp tục nghiên cứu hướng tới sản xuất chế phẩm

vi sinh có tác dụng vừa phân hủy chất hữu cơ vừa có tác dụng trong phòng trừ nấm bệnh phục vụ ủ phân HCVS Do đó các dòng nấm được phân lập có ý nghĩa rất lớn trong ứng dụng để xử lý môi trường và sản xuất phân hữu cơ vi sinh

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Khái quát về bùn thải

Bùn thải là sản phẩm của quá trình lắng các chất rắn lơ lửng của nước thải chưa xử lý được thải vào môi trường (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu

sản phẩm cuối cùng được tạo ra từ quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp từ nhà máy xử lý nước thải ở dạng bán rắn Thành phần chủ yếu của bùn thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, các hợp chất hữu cơ phân hủy sinh học ở nồng độ thấp, kim loại nặng và các sinh vật có khả năng gây bệnh

(European Communities, 2001a; Inglezakis et al., 2012) Bùn thải được phân

loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng Thành phần bùn thải phụ vào bản chất của nguồn đầu vào và phương pháp xử lý trong quy trình

xử lý nước thải để tạo bùn (Đỗ Thủy Tiên, 2013)

Có ba dạng bùn thải công nghiệp: (i) Bùn thải sinh học là bùn thải

phát sinh từ các hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp sinh học dựa

trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Bùn thải sinh học (hay còn gọi là bùn thải dễ phân hủy sinh học) được tạo ra từ quá trình xử lí sinh học có hàm lượng chất hữu cơ cao Trong bùn thải này được chia thành hai loại bùn thải khác: không nguy hại và nguy hại Bùn thải không nguy hại được hình thành từ quá trình xử lí nước của các nhà máy chế biến lương thực, thực phẩm Hàm lượng chất hữu cơ trong nguồn bùn thải này không những cao mà còn là môi trường thích hợp cho các

vi sinh vật có lợi phát triển; đồng thời ít chất độc hại (Trần Thị Kim Hạnh, 2013) Do đó, có thể sử dụng chúng làm phân bón cho cây trồng hoặc làm nguyên liệu để nuôi cấy vi sinh vật Nguồn bùn thải này cũng là nhóm bùn thải được sử dụng trong nghiên cứu của luận án Bùn thải nguy hại được tạo ra từ

hệ thống nước thải của các khu vực nghiên cứu, bệnh viện, các ngành cơ khí, dệt nhuộm Với loại bùn thải này phải được xử lí một cách chặt chẽ, nghiêm ngặt trước khi đưa ra môi trường và không nên sử dụng chúng cho mục đích

nông nghiệp (ii) Bùn thải công nghiệp không độc hại: là loại bùn thải không

gây nguy hại đối với môi trường và con người có thể tận dụng vào mục đích

khác như làm phân bón và (iii) Bùn thải công nghiệp nguy hại: là nguồn bùn

thải có chứa các kim loại nặng như: Cu, Mn, Zn, Ni, Cd, Pb, Hg, Se, l, s… cần thiết phải được xử lý trước khi thải ra môi trường, nếu không sẽ gây ảnh xấu đến sức khỏe con người và động thực vật Bùn thải này cũng được chia thành hai nhóm: nhóm có khả năng xử lí và nhóm không thể xử lí được Bùn thải có khả năng xử lí thường được áp dụng phương pháp thu hồi lại một số

Đối với bùn thải không thể xử lí được là những loại bùn thải có chứa các chất phóng xạ và các chất độc sẽ phát tán trong môi trường thì phải xử lí bằng biện pháp đóng rắn và chôn lấp theo đúng quy định (European Communities, 2001a, b; Đỗ Thủy Tiên, 2013)

2.2 Đặc tính của bùn thải bia và bùn thải thủy sản

Hàm lượng dưỡng chất trong bùn thải bia được nhiều nhà khoa học đánh giá rất cao và rất có tiềm năng để tái sử dụng do hàm lượng đạm đạt mức rất cao 1,86-7%N, hàm lượng lân cũng đạt khoảng 2,5-7,17 %P2O5 và kali đạt

pH đạt khoảng 6,97-7,28 Hàm lượng Ca đạt 75 mg/kg và Mg đạt 35 mg/kg Hàm lượng vi lượng (Mn, Cu, Zn) đạt giá trị lần lượt là 46 mg/kg, 42 mg/kg,

và 75 mg/kg Không phát hiện vi sinh vật (VSV) gây bệnh trên người và hàm

lượng kim loại nặng (KLN) trong bùn thải bia (Asia et al., 2008; Inglezakis et

al., 2012; Kanagachandran and Jayaratne, 2006; Senthilraja et al., 2013b;

Stocks et al., 2002; Trần Thị Kim Hạnh, 2013; Võ Thị Kiều Thanh và ctv.,

2012)

Đối với bùn thải thủy sản có giá trị pH đạt 7,3-7,9, chất hữu cơ biến thiên 33,98-35%, hàm lượng đạm tổng đạt khoảng 2,31-5,9%N Hàm lượng lân và kali tổng số đạt lần lượt là 0,55-0,7% P2O5 và 0,01% K2O Hàm lượng

Ca là 490 mg/kg, Cu là 16 mg/kg Không phát hiện vi sinh vật gây bệnh trên người và hàm lượng KLN trong bùn thải thủy sản đều đạt mức rất thấp (<0,1 mg/kg) (Lê Thị Kim Oanh và Trần Thị Mỹ Diệu, 2016; Lee and Davis, 2001;

Võ Phú Đức, 2013)

Nhìn chung, các loại bùn thải có tính chất rất khác nhau và phụ thuộc vào nguồn gốc của bùn thải nhưng đặc điểm chung của bùn thải là có chứa chất hữu cơ cao (khoảng 50%), chất dinh dưỡng đa lượng N, P giàu Tuy nhiên, đặc điểm đáng quan tâm chung của bùn thải là có thể có sự tồn tại VSV gây bệnh (European Communities, 2001b)

2.3 Ngưỡng giới hạn qui định về bùn thải của thế giới và Việt Nam 2.3.1 Ngưỡng giới hạn qui định về bùn thải trên thế giới

Việc đánh giá mức độ tác động và ảnh hưởng của bùn thải cần có một giới hạn tham chiếu để có thể xử lý kịp thời nếu có sự ô nhiễm từ bùn thải Dựa theo tiêu chuẩn của các nước phát triển để từ đó ta có thể so sánh hoặc bổ sung vào tiêu chuẩn đánh giá cho riêng bùn thải của Việt Nam

Theo tiêu chuẩn qui định của Ủy ban Châu Âu thì tiêu chuẩn qui định

vi sinh vật gây bệnh trong bùn thải là Salmonella và được áp dụng ở một số

quốc gia như tại Pháp qui định mật số Salmonella trong bùn thải là không đạt quá 8MPN/10g khô Ở Ý thì mật số vi khuẩn Salmonella cũng được qui định

không vượt hơn 1000MPN/g khô Ở Ba Lan và Đan Mạch thì ngưỡng qui định

đối với Salmonella là không phát hiện đối (European Communities, 2001b)

Nếu so với ngưỡng qui định của Việt Nam thì chỉ số này cao hơn so với qui chuẩn Việt Nam (QCVN 50/2013/BTNMT)

Thêm vào đó, ngưỡng qui định đối với kim loại nặng (KLN) trong bùn thải của Ủy ban Châu Âu và của Mỹ cũng qui định nhữn ngưỡng giới hạn cho phép đối với bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải Ngưỡng qui định được thể được thể hiện qua bảng 2.1

Bảng 2.1 Ngưỡng qui định hàm lượng kim loại nặng (mg/kg trọng lượng khô)

Ghi chú: “-“ số liệu thiếu Nguồn: (European Communities, 2001a; European

Communities, 2001b; Inglezakis et al., 2012)

2.3.2 Ngưỡng giới hạn qui định về bùn thải của Việt Nam

Quy chuẩn quy định ngưỡng nguy hại của các thông số (trừ các thông

số phóng xạ) trong bùn thải phát sinh từ quá trình xử lý nước thải, xử lý nước cấp (gọi chung là quá trình xử lý nước), làm cơ sở để phân định và quản lý bùn thải Việc ban hành các công cụ pháp lý đối với lượng bùn thải thải ra môi trường là công cụ nhằm điều tiết, xử lý và đề ra hướng tái sử dụng kịp thời trong trường hợp sử dụng bùn thải để tái sử dụng trong sản xuất nông nghiệp

Các chất nguy hại trong bùn thải nếu vượt ngưỡng cho phép theo quy định và nếu không có biện pháp kiểm soát chặt chẽ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng và ô nhiễm môi trường xung quanh liên quan Việc đưa vào môi trường đất chất gây độc có thể ảnh hưởng đến sinh lý của cây trồng, làm cây trồng chậm phát triển và lượng chất độc nhiều dẫn đến chết cây trồng khi sử dụng các nguyên vật liệu này để làm phân bón Vì vậy, việc kiểm soát các chất thải nguy hại này là rất cần thiết Theo QCVN số 50/2013/BTNMT ban hành ngày 25 tháng 10 năm 2013 về quy định kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước Theo qui định này

thì giới hạn về độc tố kim loại nặng (KLN) hiện diện trong bùn thải được qui định cụ thể cho từng kim loại (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Giá trị giới hạn kim loại nặng (ppm) của bùn thải

TT Thông số Ký hiệu Ngưỡng nguy hại

Đối với vi sinh vật gây bệnh trên người, hiện nay Việt Nam chỉ giới hạn

ngưỡng cho loài vi khuẩn Coliforms trong thành phần xử lý nước thải công

nghiệp nói chung, chưa có qui định trên bùn thải Ngưỡng giới hạn cho phép

của vi khuẩn Coliforms là <3000 MPN/100g khô theo QCVN

40/2011/BTNMT

2.4 Thực trạng xử lý bùn thải trên thế giới và Việt Nam

Trong những năm gần đây, các quá trình xử lý nước thải với những công nghệ tiến bộ đã được áp dụng ở nhiều quốc gia nhằm hạn chế sự ô nhiễm môi trường từ nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp Nhưng chỉ dừng lại

ở việc xử lý nước thải thì chưa triệt để vì sau quá trình xử lý nước thải thì sản phẩm chủ yếu là bùn thải, đây là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường

2.4.1 Thực trạng xử lý bùn thải bia và thủy sản trên thế giới

Đối các nước Châu Âu, lượng bùn thải khô trên một đầu người được thống kê từ quá trình xử lý nước sơ cấp và thứ cấp là khoảng 90g/ngày/người

Ở nh, có khoảng 30 triệu tấn bùn thải mỗi năm, tương đương với 1,2 triệu tấn bùn khô mỗi năm Chi phí cho loại bỏ và xử lý bùn khoảng 250 triệu bảng

nh ứng với 5 bảng nh/đầu người (Stocks et al., 2002) Theo thống kê việc

xử lý toàn bộ nước thải trong thành phố của 15 nước cộng đồng Châu Âu có thể làm phát sinh thêm khoảng 10,7 triệu tấn bùn khô mỗi năm và tăng khoảng 38% lượng bùn Việc tích lũy này đã tạo ra một lượng lớn bùn thải ra ngoài

môi trường (Przewrocki et al., 2004) Nhưng phương pháp xử lý bùn chủ yếu

của nhiều quốc gia là chôn lấp chiếm khoảng 50-75%, và chỉ khoảng 25-35% hoặc một phần nhỏ được tái sinh sử dụng cho nông nghiệp Tại nh, hàng năm có khoảng 18 triệu tấn bùn thải được bón cho nông nghiệp như nguồn phân hữu cơ, cũng như có khoảng 60% lượng bùn thải của Hoa Kỳ được sử dụng cho sản xuất nông nghiệp Theo tài liệu của Hội đồng liên minh Châu Âu

có 40% lượng bùn thải của các nước Châu Âu được tái sử dụng lại cho nông

nghiệp (International Solid Waste Association, 1998; Przewrocki et al., 2004; Stocks et al., 2002)

Tại Trung Quốc, các trạm xử lý nước thải tạo ra khoảng 5,5 triệu tấn bùn tính theo trọng lượng khô Một phần đáng kể lượng bùn này được sử dụng trong nông nghiệp và phần còn lại được chôn lấp hoặc thải bỏ theo các hình thức khác nhau Trái lại với Trung Quốc, nếu việc chôn lấp bùn thải tại nước này vẫn được xem là lựa chọn có chi phí thấp nhất thì Nhật Bản lại nỗ lực về

sử dụng bùn thải một cách an toàn và ích lợi như dùng cho nông nghiệp hoặc thu hồi tái chế năng lượng Người Nhật đã sử dụng bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt để lên men kị khí thu hồi khí metan (CH4) dùng cho phát

điện, cặn bùn được dùng để sản xuất gạch (Wang et al., 2008; Yasuda, 1991)

Tóm lại, việc thải bỏ bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải bằng hình thức chôn lấp được xem như không tạo ra bất kỳ vấn đề môi trường nhưng việc các quốc gia lựa chọn biện pháp chôn lấp sẽ không mang lại hiệu quả về lâu dài vì với thành phần hữu cơ trong bùn thải cao có thể là nguyên nhân dẫn đến khả năng lây truyền bệnh dịch trong vùng hoặc khu vực rộng lớn

2.4.2 Thực trạng xử lý bùn thải bia và thủy sản tại Việt Nam

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp đặc biệt

là công nghiệp chế biến thì vấn đề chất thải từ các ngành này đang là một mối quan tâm lớn tại Việt Nam, nhiều trạm xử lý nước thải đã được xây dựng và đi vào hoạt động để xử lý nước cấp, nước thải cho các nhà máy sản xuất bia, mỳ chính, chế biến tinh bột, chế biến nông sản, chế biến thủy sản Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ tập trung quan tâm đến vấn đề xử lý nước mà vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về xử lý bùn thải cho các trạm xử lý trên Bùn thải bia sau khi xử lý phần lớn được thu gom và chuyển đến các bãi chôn lấp hoặc sử dụng trực tiếp như nguồn phân bón hữu cơ cho nông nghiệp Tuy nhiên, trong bùn thải này có khoảng 30-40% là các hợp chất hữu cơ, nếu không có biện pháp xử lý thích hợp sẽ gây ra tái ô nhiễm môi trường (Trần Thị Kim Hạnh, 2013)

Vấn đề quản lý và sử dụng bùn thải sinh học từ các trạm xử lý nước thải vẫn chưa có các quy định cụ thể Phần lớn bùn thải từ các trạm xử lý nước thải được xử lý bằng phương pháp đơn giản là sân phơi bùn Sau khi bùn được làm khô, giảm về trọng lượng và thể tích thì sẽ được đóng bao và đem đi chôn lấp tại những nơi quy định Một số ít các công trình xử lý nước thải có công đoạn xử lý ép bùn bánh Ở một số nhà máy sản xuất bia thì một phần bùn thải được tái sử dụng trực tiếp làm phân bón cho cây trồng nên

Hiện tại, việc tiếp cận với các công nghệ xử lý bùn hiện nay như đốt hay phân hủy yếm khí để thu hồi khí sinh học còn rất hạn chế ở nước ta Đặc biệt, đã có những nghiên cứu đánh giá triển vọng xử lý, tái chế và ứng dụng bùn thải của các nhà máy sản xuất bia và và thủy sản làm nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật hữu ích để sản xuất các sản phẩm thương mại thân thiện môi trường (phân bón vi sinh, thuốc trừ sâu vi sinh) phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp Tuy nhiên kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá tiềm năng sử dụng bùn thải bia và thủy sản làm nguyên liệu nuôi cấy một số vi sinh vật có ích (Lê Thị Kim Oanh và Trần Thị Mỹ Diệu,

chất hữu cơ hoặc chất mùn có trong phân hữu cơ (Ngô Ngọc Hưng và ctv.,

2004)

2.5.2 Phân loại phân hữu cơ

Theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP về việc ban hành danh mục phân bón phải chứng nhận hợp quy và công bố hợp quy nên phân hữu cơ có thể được chia

ra làm 4 loại cơ bản như sau:

Phân hữu cơ truyền thống: là phân bón trong thành phần chất chính chỉ

có chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ nguyên liệu hữu cơ Nguồn nguyên liệu có thể là chất thải của vật nuôi, là phế phẩm trong nông nghiệp, là phân xanh (bèo hoa dâu, thân cây họ đậu, lục bình, được nhà nông gom lại ủ và chờ hoai mục

Phân hữu cơ sinh học: học là phân bón trong thành phần chất chính gồm có chất hữu cơ và ít nhất 01 chất sinh học (axít humic, axít fulvic, axít amin, vitamin, ) Thành phần chất hữu cơ trong sản phẩm đạt 23% trở lên, có chứa các sản phẩm sinh học

chất hữu cơ và ít nhất 01 loài vi sinh vật có ích với mật độ 106CFU/g Hàm lượng chất hữu cơ phải từ 15% trở lên

Phân hữu cơ khoáng: là phân bón trong thành phần chất chính gồm có chất hữu cơ và ít nhất 01 nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Thành phần chất hữu cơ phải đạt 15% trở lên, tổng hàm lượng Nts + P2O5hh + K2Ohh không nhỏ hơn 8%

2.5.3 Tác dụng của phân hữu cơ từ chất thải rắn trong cải thiện tính

chất đất và gia tăng năng suất cây trồng

Theo Đỗ Thị Thanh Ren và ctv (2002) phần lớn các hợp chất chất hữu

cơ sẽ được phân hủy chuyển thành chất mùn thông qua quá trình hoạt động của các vi sinh vật trong đất Chất mùn có tác dụng cải thiện cấu trúc đất, nâng cao khả năng giữ nước, cải thiện độ thoáng khí và làm ổn định nhiệt độ cho đất Bên cạnh đó phân hữu cơ còn giúp tăng hiệu quả của phân hóa học từ đó góp phần cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu của đất Phân hữu cơ có một ưu điểm là giàu về chủng loại các chất dinh dưỡng từ đa lượng (N, P, K), trung lượng (S, Ca, Mg) đến vi lượng (Fe, Mn, Zn, Cu) có tác dụng cung cấp dưỡng chất cho cây trồng Mặt khác việc bón phân hữu cơ không những làm tăng lượng đạm dễ phân hủy, đạm hữu dụng ở trong đất mà còn cung cấp thêm cho

đất một số nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng (Võ Thị Gương và ctv.,

Hamblin, 1985; Ngô Ngọc Hưng và ctv., 2004; Singh et al., 2016; Tisdall and Oades, 1982; Trần Bá Linh và ctv., 2008; Zhang et al., 2014) Thêm vào đó,

phân HC còn làm tăng khả năng thoát nước, hạn chế úng thủy, xói mòn (Brady

and Weil, 2008; Celik et al., 2004; Nguyễn Minh Phượng và ctv., 2009; Võ Thị Gương và ctv., 2010)

Phân HC còn có khả năng tăng thêm thành phần, mật số và hoạt động của các loài vi sinh vật hữu ích, giúp gia tăng sức khoẻ của đất, gia tăng sức sản xuất của đất Chính điều này làm gia tăng năng suất, sản lượng và chất

lượng các loại nông sản (Võ Thị Gương và ctv., 2010) Phân HC còn có khả

năng tăng thêm thành phần, mật số và hoạt động của các loài vi sinh vật hữu ích, giúp gia tăng sức khoẻ của đất, gia tăng sức sản xuất của đất Chính điều

Gương và ctv., 2010) Chất hữu cơ khi vùi vào đất làm gia tăng mật số và hoạt

động của VSV đất Sự vùi chất hữu cơ vào đất, đặc biệt là kết hợp với phân vô

cơ thường làm sự phân hủy chất hữu cơ nhanh hơn, điều này nhờ vào hoạt động của VSV đất được tạo thuận lợi Nguyễn Thơ và Lê Văn Hưng (2004) đã chứng minh trong điều kiện đất giàu chất hữu cơ thì quần thể VSV đối kháng

sẽ phong phú và đủ sức để khống chế VSV gây bệnh

Phân hữu cơ có khả làm giảm sự cố định P của đất, do phân hữu cơ có thể tạo thành phức hợp với các ion Fe2+

, Fe3+và Al3+ làm giảm khả năng cố định P của các ion này đồng thời làm giảm nồng độ của các ion này dưới mức

gây độc cho cây trồng (Đỗ Thị Thanh Ren và ctv., 2002) Đất có hàm lượng

chất hữu cơ càng thấp thì hàm lượng P bị giữ chặt càng nhiều (Lê Văn Tri, 2000) Bón phân hữu cơ còn làm giảm độc chất l trên đất phèn do l được liên kết với Pi (P-inorganic) giúp tăng hàm lượng P hữu dụng cho cây trồng

(Dương Minh Viễn và ctv., 2006) Võ Thị Gương và ctv (2009) còn cho biết

việc bón phân hữu cơ giúp tăng cường sức đề kháng cho cây như giảm tác nhân gây bệnh thối rễ, bổ sung các nguồn vi sinh vật cố định đạm và hoà tan lân, tăng cường nguồn phân đạm cố định được và các hợp chất lân kém hoà tan trong đất trở thành những dạng hữu dụng, dễ tiêu cho cây trồng

Phân HC giúp vi sinh vật (VSV) có ích trong đất nhân mật số để tấn công các VSV gây hại và là nguồn VSV phân hu các chất dinh dưỡng để cây trồng hấp thu, giúp năng suất và chất lượng nông sản và kháng bệnh tốt (Hồ Văn Thiệt, 2014) Phân hữu cơ vi sinh (HCVS) đã làm thay đổi sinh trưởng của cây lúa, làm tăng năng suất lúa từ 8,2 – 12 % so với chỉ bón phân vô cơ (Hoàng Hải, 2008) Trên đất cát trồng lạc khi bón 20 tấn phân chuồng/ha kết hợp bón phân vô cơ đã làm tăng năng suất một cách rõ rệt, tăng 10 tấn lạc/ha tương đương với 69% so với việc chỉ bón phân vô cơ (Lê Văn Quang và Nguyễn Thị Lan, 2008)

Một sô kết quả nghiên cứu cho thấy sử dụng phân hữu cơ từ bùn cống thải bón trên đất có sa cấu đất cát pha thịt (loamy sand) đều cho giá trị dung trọng, độ xốp và khả năng giữ nước được cải thiện có ý nghĩa sau thời gian bón 5 năm (Haynes and Naidu, 1998; Tester, 1990)

Trên rau xà lách, khi bón 32 tấn/ha phân HC bùn cống thải kết hợp với 200kg/ha phân NPK 16-16-8 thì năng suất tăng thêm 3 tấn/ha so với chỉ bón phân hóa học với lượng 400kg/ha phân NPK 16-16-8 (tăng từ 66,7 tấn lên 96 tấn/ha) (Bùi Thị Nga và Nguyễn Văn Đạt, 2014) Bón phân HC từ bùn thải sinh hoạt kết hợp với phân NPK lượng thấp cũng làm gia tăng năng suất rau cải củ so với chỉ bón phân HC hoặc bón hoàn toàn NPK (Bùi Thị Nga và

Nguyễn Hoàng Nhớ, 2015) Trên dưa leo, việc bón 10 tấn/ha phân hữu cơ bã bùn mía kết hợp với vô cơ cân đối cho năng suất dưa leo đạt 24 tấn/ha, không khác biệt ý nghĩa so với nông dân (Võ Thị Gương, 2010)

Theo Singh and Agrawal (2010) khi bón 60 tấn phân hữu cơ từ bùn cống thải trên cây đậu xanh cho năng suất tăng 1,4 lần so với đối chứng (không bón phân)

Ngoài ra, theo Lê Thị Thanh Chi và Võ Thị Gương (2010) việc bón phân hữu cơ từ hầm ủ biogas giúp cải thiện tính chất đất và năng suất cây bắp rau rất rõ rệt Tác giả cho biết việc bón phân hữu cơ sẽ giúp giảm một lượng đang kể phân hóa học như giảm 25% lượng phân bón hóa học (chỉ bón 10 tấn phân hữu cơ với 75% phân hóa học) nhưng vẫn đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng

Các kết quả này cho thấy, việc trả lại hữu cơ có ý nghĩa trong việc duy trì và ổn định cấu trúc đất, giúp đất tăng cường độ xốp và ổn định dung trọng trên những vùng đất thâm canh lâu năm, đồng thời bón bổ sung thêm phân hữu

cơ sẽ làm tăng năng suất và chất lượng nông sản trên cây trồng Điều này cũng phù hợp với nhận định của tác giả Verma and Sharma (2007), trên những vùng đất thâm canh nhiều năm tuổi sẽ dẫn đến sự suy giảm độ xốp, độ bền cấu trúc trong đất, và năng suất sản phẩm nên bón bổ sung phân hữu cơ là biện pháp giúp ổn định tính chất vật lý đất là bổ sung lại hữu cơ sau mỗi vụ canh tác, nhằm duy trì và ổn định kết cấu đất, giúp cải thiện năng suất nông sản

2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân hữu cơ sử dụng bùn

thải

Phân bón hữu cơ là sản phẩm của quá trình chuyển hóa vi sinh của các loại chất hữu cơ được thực hiện bởi các vi sinh vật, nấm hoặc xạ khuẩn hoặc

cả hai có trong tự nhiên hoặc chủ động cấy vào để phân hu các hợp chất hữu

cơ thành các chất dễ tiêu hơn, thành các hợp chất mùn khác nhau Như vậy, quá trình phân hủy chất hữu cơ thành các hợp chất dễ tiêu cũng cần có những điều kiện để thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ được diễn ra nhanh hơn

và giúp phân hữu cơ đạt chất lượng hơn Các yếu tố điều kiện trong quá trình phân giải chất hữu cơ để sản xuất phân bón có thể bao gồm các yếu tố ảnh

hưởng cơ bản sau:

2.5.4.1 Nhiệt độ

Trong quá trình phân hủy, vi sinh vật sẽ phân giải các hợp chất hữu cơ

tiêu khác Nhiệt độ là nhân tố quan trọng điều tiết khả năng hoạt động của vi

sinh vật trong quá trình ủ hữu cơ và giúp quá trình phân hủy hoàn toàn hợp chất hữu cơ chuyển thành sản phẩm mùn (Sharma and Yadav, 2015) Nhiệt độ trong đống ủ thường tăng cao do sự phát nhiệt và sự lưu giữ nhiệt của chính đống ủ nguyên nhân là do sự oxy hóa chất béo và chuyển hóa năng lượng thành nhiệt trong quá trình trao đổi chất và phân hủy chất hữu cơ của vi sinh

vật (Dương Minh Viễn và ctv., 2011; Sharma and Yadav, 2015)

Khi nhiệt độ khối ủ đạt 400C vi sinh vật (VSV) ưa nhiệt sẽ chiếm ưu thế

C các VSV gây bệnh trên người

và cây trồng sẽ bị tiêu diệt Thêm vào đó, các hạt giống cỏ dại và ký sinh trùng cũng sẽ bị tiêu diệt khi nhiệt độ của đống ủ đạt 600C Vì vậy, nhiệt độ của đống ủ không nên vượt quá 650C bởi vì ở nhiệt độ này nhiều loài vi sinh có lợi

cũng sẽ bị tiêu diệt (Shilev et al., 2007) Nhiều tác giả nghiên cứu cho rằng

nhiệt độ ủ phân hữu cơ nên cao hơn 400C, tối ưu trong khoảng 55-600C, với nhiệt độ này cho phép sự phát triển tối ưu cho nấm và khuẩn ti phát triển vì chúng có thể phân giải tốt polymer chuỗi mạch dài, cellulose và lignin

(Boulter et al., 2000; de Bertoldi et al., 1983b; Litterick et al., 2004) Tuy nhiên, đối với nguyên liệu ủ là bùn thải rắn thì theo Liang et al (2003), nhiệt

C vì ở nhiệt độ này thì khả năng hấp thu O2 trong khối ủ đạt tối ưu

2.5.4.2 Độ thoáng khí và pH

Độ thoáng khí ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ bởi việc thúc đẩy tốc

độ phân hủy.Yêu cầu về sự thoáng khí phụ thuộc vào loại chất thải (hoặc nguyên vật liệu) trong điều kiện ủ hiếu khí có xới đảo thì lượng O2 trong khối

ủ không nên thấp hơn 18% bởi vì với lượng này thì mới duy trì đủ lượng khí

ổn định trong khối ủ (Bernal et al., 2009; de Bertoldi et al., 1983b; Guo et al., 2012) Tuy nhiên, theo báo cáo của Shilev và ctv., (2007) thì những VSV háo

khí có thể tồn tại trong điều kiện O2 thấp hơn hoặc bằng 5%, nhưng lượng O2tối hảo cho ủ phân hữu cơ là khoảng 10%

Nhiều tác giả còn cho rằng khoảng pH thích hợp để ủ phân hữu cơ là 5,5-8,5 vì đa số các loài vi khuẩn đều thích nghi và phát triển mạnh trong điều kiện pH trung tính (pH=7), còn các loài nấm có thể phát triển tốt hơn trong

môi trường chua nhẹ (Bernal et al., 2009; de Bertoldi et al., 1983b; Shilev et

al., 2007) Còn theo Sharma and Yadav (2015) cho rằng khoảng pH thích hợp

cho ủ phân hữu cơ từ bùn thải là 6-8

2.5.4.3 Ẩm độ

Ẩm độ liên quan đến độ thoáng khí và nhiệt độ Hơn 90% sức nóng của

khối ủ giảm là do sự bốc hơi (Sesay et al., 1997) Từ đó, tốc độ phân hủy hữu

cơ sẽ chậm lại.Vì thế ẩm độ là rất cần thiết nhưng nếu quá trình ủ quá ướt và không có độ thoáng khí thì ảnh hưởng đến việc mất đạm bởi tiến trình khử nitrate Ẩm độ trong quá trình ủ sẽ khác nhau và tùy vào loại, hình dạng và kích thước vật liệu ủ Nếu nguồn vật liệu để ủ hữu cơ là nguồn từ chất thải rắn

đô thị hoặc chất thải nông nghiệp thì có thể đòi hỏi ẩm độ thấp 40-60% nếu

vật liệu này rời rạc chứa nhiều không khí (Bernal et al., 2009; Epstein, 1996; Litterick et al., 2004; Shilev et al., 2007; United States Department of

Agriculture, 2000) Nhưng nếu vật liệu hữu cơ có sự phối trộn với bùn thải

dạng bán rắn thì ẩm độ yêu cầu là đạt khoảng 60-70% (de Bertoldi et al., 1983b; Liang et al., 2003)

2.5.4.4 Tỷ lệ C/N

Tỉ lệ C/N là tỉ lệ rất quan trọng để xác định khả năng phân hủy của hợp chất hữu cơ Quá trình phân hu tùy thuộc vào vi sinh vật, chúng cần cacbon làm nguồn năng lượng và dùng đạm để tổng hợp protein cho cơ thể chúng Do

đó, cần tạo cho nguyên liệu ủ có t lệ C/N tối hảo để việc phân hủy chất hữu

cơ được nhanh và thành phần chất lượng được bảo đảm

Nếu t lệ C/N quá cao thì mức độ phân hủy vật liệu hữu cơ sẽ chậm Nếu t lệ C/N quá thấp thì N dễ mất đi dưới dạng NH3 và làm giảm chất lượng của phân ủ Đối với những vật liệu hữu cơ từ chất thải rắn đô thị có hoặc không có phối trộn với nguồn bùn thải thì tỉ lệ C/N thích hợp cho sự phân hủy nhanh là khoảng 25/1 bởi vì nếu tỉ lệ C/N lớn hơn 35 thì VSV phải trãi qua nhiều vòng đời và sẽ oxy hóa ra nhiều carbon dư thừa ảnh hưởng đến sự trao

đổi chất của chúng (De Bertoldi et al., 1983a; de Bertoldi et al., 1983b; Litterick et al., 2004) Tuy nhiên, theo Guo et al (2012) thì tỉ lệ C/N = 18 có

thể áp dụng để ủ compost trong điều kiện ẩm độ khối ủ đạt 65-75%

2.5.4.5 Việc đảo trộn trong quá trình sản xuất

Mục đích là tạo điều kiện cho không khí có thể thâm nhập đều khắp đống phân và làm cho nguyên liệu ủ được nghiền nát, tăng điều kiện cho vi sinh vật phân giải Tuy nhiên, nếu đảo quá nhiều có thể làm giảm nhiệt độ đống phân ủ, làm phân khô đi quá nhanh và giảm tốc độ phân giải cho nên đối với loại phân ủ theo phương pháp hiếu khí, sử dụng dòng không khí tự nhiên

qua hệ thống thông hơi thì chỉ cần đảo 2-3 lần là đủ (Tchobanoglous et al.,

1993)

Nhìn chung, việc đảm bảo khả năng phân hủy các vật liệu hữu cơ sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan và chủ quan trong quá trình thực hiện Tùy theo đặc tính vật liệu và mức độ yêu cầu của người sử dụng phân hữu cơ

mà sẽ chọn những điều kiện tối ưu nhất để khai thác hiệu quả và chất lượng của phân hữu cơ sản xuất được

2.5.4.6 Nấm Trichoderma và nguyên liệu ủ hữu cơ

a Nấm Trichoderma

Nấm Trichoderma là nhóm vi sinh vật đất gồm nhiều loài có ích đã

được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong trồng trọt ở nhiều quốc gia Là loài nấm phân bố khắp thế giới và thường chiếm ưu thế trong thành phần vi sinh vật đất (Gams and Bissett, 1998) Nấm có đặc trưng là sống hoại sinh, có mặt

ở những đất canh tác nông nghiệp và tùy loài mà nó thích nghi với mọi điều kiện khí hậu (Hà Thanh Toàn, 2010)

Nấm Trichoderma có nhiều tác động trên hệ sinh vật, thảm thực vật đất

và đất trồng do đặc điểm là loài nấm đối kháng với các loài sinh vật gây hại quan trọng như Fusarium, Rhizoctonia, Phytophthora, Pythium, những loài vi khuẩn và tuyến trùng cho cây trồng trong đất bằng cách ký sinh hoặc tiết các kháng sinh, enzyme để ức chế hoặc phân hủy vi sinh vật đối kháng Ngoài ra

Trichoderma còn có khả năng tiết các enzyme để phân hủy hữu cơ (cơ chế

hoại sinh), qua đó nấm có thể giúp phân hủy nhanh chất hữu cơ trong đất để

tạo thành dinh dưỡng cho cây trồng (Dương Minh và ctv., 2003; Nguyễn Đức Lượng, 2014) Khi bổ sung nấm Trichoderma spp vào phân hữu cơ sẽ làm tăng tốc độ hoai mục của phân đồng thời mật độ các nấm Trichoderma spp còn lại sau khi ủ giúp phòng trừ bệnh cho cây trồng (Dương Minh Viễn và

ctv., 2011) Các yếu tố môi trường có liên quan đến hoạt động của Trichoderma như: nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, pH môi trường, thuốc trừ sâu,

kim loại nặng, vi khuẩn đối kháng, hàm lượng O2, CO2, nguồn năng lượng,

dinh dưỡng (Forster-Carneiro et al., 2007)

b Bã bùn mía, xác mía, rơm

Xác mía lá phần còn lại sau khi ép hết nước mía, lượng xác mía này chiếm khoảng 20-30% trọng lượng của mía ở dạng nguyên liệu ban đầu Lượng xác mía theo báo cáo của nhà máy mía đường tại Hậu Giang, lượng này thải ra ngoài với một lượng khá lớn khoảng 120-180 tấn/năm Thành phần của xác mía thường có hàm lượng carbon cao nên có thể dùng để làm tăng hàm lượng carbon trong nguyên liệu ủ hữu cơ vì xác mía tơi xốp giúp tăng

cường hoạt động của vi sinh vật hiếu khí (Bùi Thị Nga và ctv., 2014; Võ Quốc

Bảo, 2010)

Bã bùn mía là sản phẩm thu được trong quá trình lọc sản xuất đường của các nhà máy đường Bùn mía có hàm lượng dinh dưỡng trong chất khô

tương đối cao giúp cho vi sinh vật có thêm nguồn thức ăn, tăng quá trình hoai mục khi phối trộn với các nguồn vật liệu

Rơm là sản phẩm sau thu hoạch lúa với sản lượng rất lớn nhưng nông dân chỉ sử dụng một số ít cho việc sản xuất nấm rơm, che phủ liếp trồng, làm thức ăn cho gia súc, còn lại đa số lượng rơm là đốt bỏ hoặc không sử dụng đến nên làm hao phí nguồn tài nguyên và gây ô nhiễm môi trường Hàm lượng dưỡng chất có trong xác mía, bùn mía và rơm được tổng hợp qua Bảng 2.3

Bảng 2.3 Thành phần dinh dưỡng của bùn mía và xác mía

P dt mg/kg

2.5.5 Những yêu cầu chất lượng phân hữu cơ

Để đánh giá chất lượng về dinh dưỡng của phân hữu cơ thành phẩm thì một số tiêu chuẩn như kích thước, mùi của sản phẩm, ẩm độ, pH, tỉ lệ C/N, hàm lượng carbon, hàm lượng axit humic, hàm lượng N, P, K, Ca, Mg và các

nguyên tố vi lượng khác như Zn, Cu, Fe, Mn sẽ được xem xét (Shilev et al.,

2007)

2.5.5.1 Yêu cầu về chất lượng dinh dưỡng và độ hoai mục

Việc đảm bảo nguồn phân hữu cơ có chất lượng về hàm lượng dinh dưỡng, hàm lượng độc tố kim loại nặng và những quy định về mật số vi sinh vật gây bệnh cho những loại phân bón khác nhau, theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP được ban hành ngày 20 tháng 9 năm 2017 quy định về yêu cầu các tiêu chuẩn định lượng bắt buộc trong các loại phân hữu cơ vi sinh, được thể hiện cụ thể trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Các tiêu chuẩn định lượng bắt buộc trong các loại phân hữu cơ vi sinh

Ngoài ra, chất lượng phân hữu cơ còn được đánh giá trên sự hoai mục

và sự bền của phân hữu cơ Độ hoai mục thể hiện sự phân hủy hoàn toàn của vật liệu hữu cơ và có thể sử dụng, và độ bền của phân hữu cơ thể hiện sự tồn tại bền vững của phân hữu cơ trong quá trình phân hủy sinh học Độ hoai mục

và độ bền là hai thông số quan trọng giúp đánh giá chất lượng và công thức phối trộn để tạo ra thành phẩm đạt chất lượng hay không đạt chất lượng (California Compost Quality Council, 2001)

trong phân hữu cơ được đánh giá hoai mục thì hàm lượng sẽ đạt ít nhất 500mg/kg trọng lượng khô và NO3- khoảng 200-500mg.kg-1 trọng lượng khô của phân

hữu cơ vì nếu thấp hơn có thể dẫn đến thiếu đạm trên cây trồng (Shilev et al.,

2007)

Theo Rizzo et al (2015) nhận định rằng nếu phân hữu cơ đã hoai mục

và ổn định khả năng nảy mầm của hạt giống (cresstest) là lớn hơn hoặc bằng 80%

2.5.5.2 Yêu cầu các chỉ tiêu lý, hóa

a Kích thước các nguyên vật liệu sau ủ

Tùy vào mục đích sử dụng phân hữu cơ sẽ có những yêu cầu về kích thước phân bón sẽ khác nhau nhưng bất cứ loại phân hữu cơ dùng cho dạng nào thì đòi hỏi phải sản phẩm hữu cơ cuối cùng phải có độ xốp tốt và khả năng giữ nước cao Do đó, yêu cầu kích thước của các nguyên vật liệu không được quá thô Trong trường hợp nếu phân hữu cơ sau ủ mà vẫn còn những mảnh

nhỏ vụn (swig), que (stick) thì phải loại bỏ khỏi phân hữu cơ (Shilev et al.,

2007)

b pH và EC (Electrial conductivity)

Môi trường pH đóng một vai trò quan trọng trong quá trình hấp thu dinh dưỡng của cây trồng Do đó, giá trị pH sau khi ủ hữu cơ đòi hỏi phải đạt trong khoảng 6-7 vì giá trị này là phù hợp cho hầu hết mọi cây trồng Ngoài ra, nồng độ muối hòa tan cũng cần lưu ý đối với ủ hữu cơ vì nếu nồng độ này cao

có thể gây hại đến khả năng sinh trưởng của cây trồng Thông thường giá trị

EC tốt nhất sau ủ hữu cơ là nhỏ hơn 4dS/m (Shilev et al., 2007)

d Tỉ lệ C/N

Tỉ lệ C/N cũng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự hoai mục của phân hữu cơ Khi phân hữu cơ hoai mục thì tỉ lệ C/N giảm xuống đáng kể so với khi bắt đầu ủ, tỉ lệ thông thường của C/N sau khi kết thúc quá trình ủ là

khoảng 12-17 (Dương Minh Viễn và ctv., 2011) Theo Shilev và ctv., (2007) tỉ

lệ C/N sau khi kết thúc quá trình ủ nên đạt khoảng 10/1-20/1 vì với tỉ lệ này thì phân hữu cơ sẽ ổn định và bền Nếu tỉ lệ C/N cao trên 20 có thể dẫn đến phân hữu cơ không thể phóng thích hay cung cấp đạm (N) cho cây trồng vì ở tỉ

lệ này sẽ cản trở sự khoáng hóa N và N sẽ bị kiềm giữ trong đất hoặc trong cơ

thể VSV, gọi là bất động đạm sinh học trong đất (Dương Minh Viễn và ctv., 2011; Shilev et al., 2007).

e Yêu cầu về chất độc hại

Các chất nguy hại trong các nguyên vật liệu ủ phân hữu cơ nếu vượt ngưỡng cho phép theo quy định và nếu không có biện pháp kiểm soát chặt chẽ

sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sinh lý của cây trồng, làm cây trồng chậm phát triển và lượng chất độc nhiều dẫn đến chết cây trồng khi sử dụng các nguyên vật liệu này để làm phân bón Vì vậy, việc kiểm soát các chất thải nguy hại này là rất cần thiết Theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP về các chỉ tiêu định lượng bắt buộc đối với các kim loại nặng trong phân bón hữu cơ vi sinh được tóm tắt qua Bảng 2.5

Bảng 2.5 Ngưỡng bắt buộc về hàm lượng các kim loại nặng trong phân bón hữu cơ

f Yêu cầu về vi sinh vật gây bệnh

Theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP qui định về mật độ vi khuẩn gây

bệnh trên người gồm Salmonella và E coli , có trong 25g hoặc 25ml mẫu

kiểm tra (CFU) được thể hiện qua bảng 2.6