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 MINHBỘ 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

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

Mã ngành Ngành học

Sinh viên thực hiện

Niên khóa

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC : D420201

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

: NGUYỄN THỊ THANH KIỀU : 2015 – 2019

Tháng 07/2019

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

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 đãtận 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 sựvinh dự và tự hào khi tôi được là học trò của cô Cô chính là người truyền cho tôi lòngnhiệt huyết và thổi lên ngọn lửa đam mê khoa học, khơi dậy ở tôi sự nỗ lực, tự tin, cốgắng không ngừng và không nản lòng trước khó khăn trong suốt quá trình thực hiệnkhóa luận tốt nghiệp

Tôi cũng xin gởi lời tri ân cô Đỗ Thị Tuyến, chị Nguyễn Thị Nhị đã hỗ trợ vàluôn đóng góp cho tôi rất nhiều kinh nghiệm quý báu, không ngại thời gian cùng tôinghiên 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 emPhạm Minh Trung đã hỗ trợ, giúp đỡ, động viên và cho tôi những lời khuyên trong quátrình 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 nghệsinh học, Viện Sinh Học Nhiệt Đới đã giúp đỡ tôi trong thời gian tôi thực hiện khóaluận Cảm ơn các bạn sinh viên lớp DH10SM, đã luôn đồng hành, chia sẻ, giúp đỡ tôitrong 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 2019

TÓM TẮT

Tại Việt Nam có khoảng 90% các đô thị sử dụng bể tự hoại là công trình xử lýnước thải sinh hoạt chủ yếu Tuy nhiên việc quản lý bùn thải bể phốt phát sinh từ hệthống vệ sinh tại chỗ đang là một thách thức rất lớn, do các quy định về thu gom, vậnchuyển, 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 bùnthải 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 nghiệmhiệu quả phân compost đối với quá trình sinh trưởng của cây cải xanh, tìm ra loại phâncompost 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 bùnthải 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%, photphotổng số Pts = 0,92%, K2O tổng số = 0,24% Kết quả ghi nhận nghiệm thức phối trộngiữa bùn thải bể phốt và vỏ cà phê cho chất lượng phân compost cao hơn so với cácphụ phẩm còn lại (bụi xơ dừa, than bùn)

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

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

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

of gathering, transporting, disposing or proper sanitary processing have not beenissued From these reasons, the project "Research on production of organic fertilizerfrom septage and some agricultural residues" was studied in order to evaluatephysicochemical properties of septage and some agricultural residues, then buildingoragnic fertilizer proceessing from septage and some agricultural residues wassuggested 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 thirdday The temperature fluctuated from 41,5- 55 celsius during two weeks; then, it wentdown and remained unchange at 34 celsius Products distributed and merged betweenthe 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 - coconutcoir 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 solutionsreported that the mixture of the septage and coffee husk reached the better quality ofcompost 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

2.2.6.3 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

Tỷ số carbon trên nitơPhotpho

KaliSản phẩm của quá trình ủ hiếu khí chất thải hữu cơ

Vi sinh vậtNghiệm thứcColony forming units/gramBùn thải bể phốt

Vỏ cà phêBụi xơ dừaThan bùnChất thải rắn

Độ dẫn điệnLần lặp lạiAnalys Of VarianceNăng suất thực tếHữu cơ sinh họcPhối trộn giữa bùn thải bể phốt và vỏ cà phêPhối trộn giữa bùn thải bể phốt và bụi sơ dừaPhối trộn giữa bùn thải bể phốt và than bùnTiêu 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 thếgiới đã vượt mốc 7 tỷ người và Việt Nam đứng thứ 14 trong xếp hạng 20 quốc gia códân số đông nhất thế giới với hơn 92 triệu người Dân số tăng dẫn đến các hoạt độngsản xuất công – nông nghiệp, xây dựng, dịch vụ cũng tăng để áp ứng những nhu cầuthiết yếu của con người, bao gồm cả những nhu cầu cơ bản như ăn uống, vệ sinh Sựgia tăng dân số dẫn đến sự gia tăng chất thải sinh hoạt, đặc biệt ở các đô thị lớn Theothống kê của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường lượng chất thải sinh hoạt có xu hướngtăng nhanh, trung bình 10%/năm Chính điều đó đã gây ra gánh nặng lớn cho môitrường nhưng con người cũng đang dần ý thức được tầm quan trọng của môi trườngđến cuộc sống Hàng loạt các nghiên cứu, các công trình, hệ thống xử lý ô nhiễm rađời, 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 hiệnnay là hệ thống bể tự hoại hay còn gọi là bể phốt Hệ thống này giải quyết được một sốvấn 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 tựphát, thải bỏ bừa bãi, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe conngười do trong bùn thải chứa nhiều mầm bệnh, vi khuẩn Bên cạnh đó, các quy định vềthu 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 từbùn thải bể phốt và một số phụ phẩm nông nghiệp” được thực hiện nhằm đánh giá tínhchất hóa lý của bùn thải bể phốt thải và một số phụ phẩm nông nghiệp Phối trộn bùnthải bể phốt và các phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất phân bón hữu cơ, tạo lợi nhuậnkinh 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 đểxây dựng quy trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ bùn thải bể phốt và một sốphụ 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 phụphẩm 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 cảinhằm xác định hiệu quả của phân hữu cơ sinh học đối với quá trình phát triển củacây, 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 phốkhoảng 500 tấn/ngày, trong đó khu vực nội thành phát sinh 200 tấn/ngày Nguồn phátsinh 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 làNhà 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 máychỉ mới nhận hút và đưa về xử lý được khoảng 50 tấn/ngày Số lượng bùn thải bể phốtcòn lại được các cơ sở tư nhân hoạt động dịch vụ hút bùn thải bể phốt đảm nhận nhưngcác 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, hiệnmỗi ngày thành phố có khoảng 3.000 – 4.000m3 bùn thải (tương đương 5.000 – 6.000tấn/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 rạchđịnh kỳ, bùn hầm cầu, bùn thải từ các trạm, nhà máy xử lý nước cấp, bùn thải từ cáccông trường xây dựng (http://kttvttb.vn) trong đó có trên 200 tấn bùn thải bể phốt thải

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 bùnthải bể phốt được thu gom và vận chuyển bằng xe chuyên dụng (150 - 164 xe) có tảitrọng 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, Khuliên 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 màchưa qua xử lý sơ bộ

Tại Hải Phòng sau khi dự án thoát nước và vệ sinh Hải Phòng (dự án 1B, đượcchính phủ Phần Lan viện trợ không hoàn lại và Ngân hàng Thế giới cho vay vốn ưuđãi) hoàn thành và đưa vào sử dụng từ năm 2000 đến nay, công ty đã tiến hành hút bểphốt miễn phí cho 43 phường và khu tập thể (khoảng 50.182 bể phốt các loại) và đãhút 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 Bùnthải 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 phẩmkhông phù hợp để mang đi chôn lấp Sản phẩm chính dưới dạng phân hỗn hợp đượcđóng gói phục vụ cho mục đích nông nghiệp Còn nước thu được từ quá trình xử lýbùn thải sẽ được dẫn về hồ xử lý nước thải của bãi thải Tràng Cát, trước khi được đưatrở lại sông (baoxaydung.com.vn) Tuy nhiên công ty cũng chỉ mới thu gom đượckhoảng 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 chônlấp không có lớp lót chống thấm sẽ dẫn đến các chất ô nhiễm thấm xuống nguồn nướcngầm và nước mặt làm cho chất lượng nguồn nước bị suy giảm Cùng với sự gia tăng

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

Theo các chuyên gia Việt Nam và Nhật Bản, bùn thải là nguồn tài nguyên dồidào, 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 bảođảm vệ sinh môi trường cũng như quy hoạch bãi đổ, xây dựng nhà máy xử lý bùn thảiđúng tiêu chuẩn Trong đó, tất cả các loại bùn thải sẽ được định hướng quản lý, ápdụng 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 nghĩathường được sử dụng là định nghĩa của Haug (1993) Theo Haug, quá trình chế biếncompost 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 dướiđiều kiện nhiệt độ cao Kết quả của quá trình phân hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuốicùng 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 chấtmùn, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo côn trùng, có thể đã được lưu trữ antoàn 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 nguyênsinh 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 sinhchất của vi khuẩn

Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phứctạp, hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết Các giai đoạn khác nhau trong quá trình ủhiếu 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 Phảnứng 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 môitrường Trong pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thànhchất keo mùn (quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chấtkhoáng (sắt, canxi, nitơ) và cuối cùng thành mùn Ngoài ra còn xảy ra các phản ứngnitrat hóa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxy hóa sinhhọc 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:

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

22 NH4 + + 37 O2 + 4 CO2 + HCO3 - 21 NO3 - + C5H7O2N + 2H2O + 42H+

2.2.2.2 Phản ứng sinh học

Ủ compost là quá trình sinh học mà các chất hữu cơ trong đó chất thải rắn đượcbiến đổi thành các mùn ổn định do hoạt động của các tổ chức sống trong điều kiện tựnhiên hiện diện trong chất thải Các tổ chức này gồm các loại VSV như vi khuẩn, nấm,động vật nguyên sinh, phiêu sinh (protozoa)

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 vữngkhác Sau giai đoạn tiêu thụ bậc một hay sơ cấp thực hiện xong, các chất này sẽ làmthức ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giun tròn, động vật nguyênsinh

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 địnhtrong chất thải hữu cơ Do đó, quá trình ủ sẽ không đạt kết quả mong muốn, nguyênnhân chính là do sự mất cân bằng về thành phần hóa học và điều kiện lý học trong quátrình ủ Chính vì vậy, cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phâncompost 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 quátrình chế biến phân hữu cơ và cũng là một thông số giám sát và điều khiển quá trình ủchất thải rắn Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì 55 - 650C, vì ở nhiệt độ này, quá trìnhchế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt Khi nhiệt độ tăng trên ngưỡngnày sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp hơn phân hữu cơ không đạttiêu chuẩn về mầm bệnh

Bảng 2.1 Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật

Loại vi sinh vật Nhiệt độ (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 phânhủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặtlớn hơn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng tốc độ phân hủy Tuy nhiên, nếu kíchthước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ, điều này sẽ làmgiảm 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 khíkhông đều, không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ Đường kính hạt tối ưucho quá trình chế biến khoảng 3 - 50 mm Kích thước hạt tối ưu có thể đạt được bằngnhiều 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 biếnphân hữu cơ Độ rỗng tối ưu sẽ thay đổi tùy theo loại vật liệu chế biến phân Thôngthường, 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 diệntrong lớp vật liệu ủ Độ rỗng thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế sự giảiphóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ, độ rỗng cao có thể dẫn tới nhiệt độtrong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt Độ rỗng có thể được điều chỉnh bằngcách 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 lànguồn năng lượng chủ yếu của VSV và nitơ là nguyên tố để tổng hợp chất nguyênsinh Tỷ lệ C/N tối ưu trong khoảng 25 - 30 Nếu tỷ lệ C/N của vật liệu làm compostcao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của VSV do thiếu Nitơ, chúng sẽ trảiqua nhiều chu trình chuyển hóa, oxy hóa phần carbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/Nthích hợp Do đó thời gian cần thiết cho quá trình làm compost sẽ bị kéo dài hơn và thuđược sản phẩm ít mùn hơn Nếu tỷ lệ C/N thấp, nitơ sẽ bị mất dưới dạng NH3 đặc biệttrong điều kiện nhiệt độ cao, pH cao và có thổi khí Tỷ lệ C/N ở sản phẩm compost thuđược 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:

%C  100  %tro

1,8Phần 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 bịphân hủy ở 5500C) sẽ có giá trị % cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủysinh 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 mùitrứng gà thối của khí H2S Các VSV hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng5% 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 làlàm 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 vàlingo – 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 củanhiều 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 chếđến mức tối đa các loài vi sinh vật gây bệnh có trong sản phẩm Theo lý thuyết, nếu

trình chế biến compost không phải lúc nào cũng đáp ứng các yêu cầu đó Do đó, đểđảm bảo tiêu chuẩn tiêu diệt mầm bệnh cho cây trồng, trong lúc vận hành chế biếncompost, 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 trìnhphân hủy sinh học có thể đạt khoảng 600C, đủ để làm mất hoạt tính của VSV gâybệnh, 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 sungdinh dưỡng cho đất

- Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chấtthải thường ở dạng có hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trình làmphân hữu cơ, các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3 -, PO4 3-

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

- Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấpthụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năngsuất 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 đặctính của chất hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều do thời gian, khí hậu và phương phápthực hiện, nên tính chất sản phẩm cũng khác nhau Bản chất vật liệu làm phân thườnglàm cho sự phân bố nhiệt trong đống phân không đồng đều Do đó, khả năng làm mấthoạt tính của VSV gây bệnh trong phân cũng không hoàn toàn Quá trình làm phânhữu 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 tươngđối 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 lýsinh học với đa phần là sản xuất compost Trong đó cao nhất là Cộng Hòa Liên BangĐức đã xử lý 7 triệu tấn trong 9 triệu tấn tổng số (78%) Riêng Hà Lan toàn bộ 3,2triệu 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, khôngkhí được cung cấp tới hệ thống theo con đường tự nhiên Các luống compost được xáotrộn 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 luốngdài không khí được cung cấp tới hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí và hệthống 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.

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 hóahọc 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 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 xuấtgần giống nhau Có thể tóm tắt khái quát hoạt động của các nhà máy như sau: Chấtthải rắn từ xe vận chuyển đến nhà máy được đưa qua cân và đổ vào bãi hoặc nhà tậpkết chất thải rắn Tại đây, chất thải rắn được phun chế phẩm EM (effectivemicroorganisms) để khử mùi hôi và chống ruồi, muỗi Tiếp đó, CTR được đưa vàophễu nạp liệu của dây chuyền phân loại bằng tay để tách bỏ các vật chất khó phân hủynhư: vỏ xe, cành cây, xà bần, kim loại, thủy tinh, nhựa, bao nylon Phế thải từ băngchuyền phân loại nhặt ra được đem đi tái chế hoặc chôn lấp tùy từng nhà máy CTRsau khi phân loại thủ công được đưa qua máy phân loại sắt từ để thu hồi kim loại rồiđược đưa vào nhà đảo trộn Tại đây, chế phẩm EM và nước rò rỉ rác được trộn thêmvào rác để tạo độ ẩm tối ưu cho quá trình phân hủy chất hữu cơ cũng như hạn chế mùihôi 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 đểVSV 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 ủtiếp 21 – 28 ngày cho đến khi chín hoàn toàn Sau đó, chất thải rắn được dỡ ra đem đinghiền, sàng để tách phần phế thải và compost Phần phế thải được tái sử dụng hoặcđưa 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 đầuthấp; 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 khôngđồng đều khâu phân loại chưa được vận hành tốt nên vẫn còn lẫn nhiều tạp chất, khótiêu thụ; công nhân vận hành phải tiếp xúc lâu với môi trường độc hại nên dễ mắc phải

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 từngđôi chồng chất, tế bào nhuộm màu đồng đều, có khả năng di động nhờ tiên mao mọcquanh 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 Nhưvậy 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 500Ctrong 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 PO4 2- 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 loạicây, 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 pháttriển 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 NhiệtĐới 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

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

- Becher, Erlen - Đĩa petri, ống nghiệm

- Ống đong, nhiệt kế - Đũa thủy tinh

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

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 phântích 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 4nghiệm thức và tiến hành với 3 lần lặp lại Thí nghiệm được thực hiện đến khi nhiệt độkhối 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 cácđặc tính hóa lý như: độ ẩm, pH, cấu trúc vật liệu), phối trộn bùn thải bể phốt và cácphụ 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 phânhủy cellulose, phủ bạt để giữ ẩm và nhiệt độ, đảo trộn định kỳ 1 lần/tuần, kiểm tranhiệt 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 vàđược 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, trồngvào 21 thùng xốp đã có đất, mỗi thùng 4 cây, mỗi cây cách nhau 15 x 20 cm Sau đótiến 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 Phân hữu cơ Phân hóa học