Nghiên cứu ứng dụng ấu trùng ruồi lính đen (hermetia illucens) và trùn quế (perionyx excavatus) xử lý phế phẩm của quả dứa từ nhà máy chế biến thực phẩm

HCM, ngày 18 tháng 3 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: NGUYỄN ANH ĐỨC Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 27/02/1983 Nơi sinh : Long An Chuyên ngành : Công nghệ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN ANH ĐỨC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẤU TRÙNG RUỒI LÍNH ĐEN

(Hermetia illucens) VÀ TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus)

XỬ LÝ PHẾ PHẨM CỦA QUẢ DỨA TỪ NHÀ MÁY CHẾ

BIẾN THỰC PHẨM

Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

VÀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS BÙI XUÂN AN

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 12 năm 2008

Tp HCM, ngày 18 tháng 3 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN ANH ĐỨC Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 27/02/1983 Nơi sinh : Long An

Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường MSHV : 02506569

I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẤU TRÙNG RUỒI LÍNH ĐEN (Hermetia

illucens) VÀ TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus) XỬ LÝ PHẾ PHẨM CỦA QUẢ DỨA TỪ CÁC

NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về việc xử lý phế phẩm quả dứa (PPQD), quá trình nghiên cứu ứng

dụng Ấu trùng ruồi lính đen (Hermetia Illucens), trùn quế (Perionyx excavatus) xử lý

rác hữu cơ

- Xây dựng mô hình pilot xử lý PPQD bằng Ấu trùng ruồi lính đen và trùn quế Theo dõi, vận hành mô hình và đo đạc các chỉ tiêu: xác định mùi bằng cảm quan khứu giác, đo độ sụt giảm về thể tích, trọng lượng PPQD được tiêu thụ theo thời gian, xác định thời gian xử lý hoàn toàn, tỷ lệ chuyển hoá, tốc độ tăng trọng … để xác định mật

độ Ấu trùng RLĐ và trùn quế thích hợp

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/03/2008

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01 / 12 /2008

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS BÙI XUÂN AN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô giáo Khoa Công nghệ Môi

trường - Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền

đạt những kiến thức và kinh nghiệm học tập trong những năm học qua

Để hoàn thành bản Luận văn này, trước hết tác giả xin chân trọng cảm ơn Phó

giáo sư, Tiến sĩ BÙI XUÂN AN đã tận tình hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báu

trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm

Xin cảm ơn Ths CAO XUÂN TÀI - Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và chuyển

giao Khoa học Công nghệ, Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã hỗ trợ, tạo điều

kiện thuận lợi để tác giả triển khai thực hiện mô hình thực nghiệm được thành công

Cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp công tác tại Văn phòng HĐND&UBND huyện

Cần Giuộc đã hỗ trợ công việc cơ quan trong thời gian tác giả thực hiện luận văn

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ, anh chị em trong

gia đình đã động viên, giúp đỡ tác giả rất nhiều trong những năm học qua

Tp Hồ Chí Minh, 12/2008 Nguyễn Anh Đức

TÓM TẮT LUẬN VĂN CAO HỌC

Phế phẩm của quả dứa - Ananas comosus (L.) merr (PPQD) phát sinh từ các nhà

máy chế biến thực phẩm đang gây ô nhiễm môi trường tại một số địa phương Đề tài

nghiên cứu ứng dụng Ấu trùng ruồi lính đen (Hermetia illucens) và trùn quế (Perionyx excavatus) xử lý PPQD được thực hiện để áp dụng giải quyết chất thải từ ngành công

nghiệp này

Mô hình nghiên cứu sử dụng 2 loại côn trùng là Ruồi lính đen và Trùn quế để

xử lý phế phẩm của quả dứa Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên 1 yếu tố, 5 nghiệm thức, 3 lần lặp lại để khảo sát, đánh giá hiệu quả xử lý của Ấu trùng RLĐ và trùn quế ở các mật độ: 0, 100, 200, 300, 400g xử lý 2.000g PPQD trong các thùng nhựa 25 lít

Kết quả nghiên cứu cho thấy Ấu trùng RLĐ rất phù hợp để xử lý PPQD, cho hiệu quả xử lý cao nhất so với xử lý bằng Trùn quế và giải pháp phân huỷ tự nhiên Với mật độ 300g Ấu trùng RLĐ trên 2000g PPQD: thời gian xử lý tạo compost: 12 ngày, Thể tích và trọng lượng PPQD sau xử lý giảm 87% và 77%, tốc độ tăng trưởng đạt 15g/ngày/kg giống, mùi hôi giảm rõ rệt kể từ ngày xử lý thứ 8

Như vậy cùng với xu thế tất yếu của việc phân loại rác tại nguồn, kết quả nghiên cứu đạt được mở ra triển vọng rất lớn cho việc xử lý rác hữu cơ, đặc biệt là phế phẩm trái cây - bã thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm nhằm giảm ô nhiễm môi trường từ rác thải

ABSTRACT

Waste of pineapple [Ananas comosus (L.) merr] from fruitcannery is creasing

the invironmental pollutted problem in Long An province An experiment was

conducted using Black solider fly lavae (Hermetia illucens) and Earthworm (Perionyx excavatus) to treat waste from this industry

One laboratory unit was installed based on using two insects which are Black solider fly and Earthworm to treat waste of pineapple The experiment utilized a randomized complete block design (RCBD) with one factor 5 treatment Each treatment was replicated 3 times to compare of Black solider fly and Earthworm in processing of waste of pineapple with populations are 0, 100, 200, 300, 400g to treat 2000g waste of pineapple in waste tank - 25liter

Results from these studies indicate that show that the using Black solider fly lavae treat waste of pineapple is the best effective With population 300g Black solider fly lavae/2.000g waste of pineapple is the bad smell is decreased during 8 days, the goowth rate is 15g/ngày/kg worm, the volume of waste of pineapple is reduced 87 percent, the rate of bioconversion process is 77 percent, time of treatment is 12 days

Like this with general trend of categorizing waste in a source-separated manner, these study achievements could be applied for treatment of residential organic waste

MỤC LỤC

TÓM TẮT LUẬN VĂN CAO HỌC - i

ABTRACT - ii

MỤC LỤC - iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ -vii

DANH MỤC CÁC BẢNG -viii

DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ - ix

DANH MỤC CÁC THUẬN NGỮ VIẾT TẮT - x

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU -01-

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI -01-

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI -03-

1.3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU -03-

1.3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU -03-

1.3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU -03-

1.3.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU -03-

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -04-

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI -04-

1.5.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC -04-

1.5.2 Ý NGHĨA THỰC TIỄN -04-

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN -06-

2.1 TỔNG QUAN VỀ PPQD -06-

2.1.1 DIỆN TÍCH VÀ SẢN LƯỢNG DỨA -06-

2.1.2 KHỐI LƯỢNG, NGUỒN PHÁT SINH VÀ HIỆN TRẠNG XỬ LÝ PHẾ PHẨM CỦA QUẢ DỨA TẠI TỈNH LONG AN -07-

2.1.3 SỰ CẦN THIẾT PHẢI XỬ LÝ PPQD -09-

2.2 TỔNG QUAN VỀ RLĐ (Hermetia illucens) -09-

2.2.1 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ẤU TRÙNG RLĐ XỬ LÝ CHẤT THẢI09- 2.2.1.1 Trên thế giới -09-

2.2.1.2 Tại Việt Nam -10-

2.2.2 ĐẶC TÍNH SINH HỌC CỦA RLĐ -11-

2.2.2.1 Đặc điểm hình thái, sinh sản -11-

2.2.2.2 Đặc tính phân huỷ rác thải hữu cơ của ấu trùng RLĐ

-14-2.3 TỔNG QUAN VỀ TRÙN QUÊ (Perionyx ecavatus) -16-

2.3.1.NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TRÙN QUẾ XỬ LÝ CHẤT THẢI -16-

2.3.1.1 Trên thế giới -16-

2.3.1.2 Tại Việt Nam -17-

2.3.2 ĐẶC TÍNH SINH HỌC CỦA TRÙN QUẾ (Perionyx ecavatus) -17-

2.3.2.1 Đặc điểm hình thái và tập tính ăn -17-

2.3.2.2 Đặc điểm sinh sản -19-

2.3.2.3 Khả năng phân huỷ rác thải hữu cơ của trùn

-21-2.4 TỔNG QUAN VỀ COMPOST -24-

2.4.1 GIỚI THIỆU CHUNG -25-

2.4.1.1 Compost -25-

2.4.1.2 Quá trình chế biến compost

-2.4.1.3 Các pha trong quá trình phân huỷ hiếu khí

-25-2.4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình compost -26-

2.4.1.5 Hệ Vi sinh vật tham gia vào quá trình ủ compost -27-

2.4.1.6 Công nghệ sản xuất phân compost -28-

2.4.1.7 Ưu, nhược điểm của xử lý chất thải bằng quá trình compost

-28-2.4.2 TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG COMPOST -30-

2.4.3.1 Các yếu tố đánh giá chất lượng compost -30-

2.4.3.2 Tiêu chuẩn chất lượng compost

-31-CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -33-

3.1 THÍ NGHIỆM 1- XÁC ĐỊNH MẬT ĐỘ ẤU TRÙNG RLĐ (Hermetia illucens) THÍCH HỢP -34-

3.1.1 THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 1 -34-

3.1.2 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 1 -34-

3.1.3 BỐ TRÍ VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1 -35-

3.1.4 CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM 1 -35-

3.2 THÍ NGHIỆM 2- XÁC ĐỊNH MẬT ĐỘ TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus)THÍCH HỢP -37-

3.2.1 THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 2 -38-

3.2.2 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2 -38-

3.1.3 BỐ TRÍ VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 2 -38-

3.2.4 CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM 2 -39-

3.3 PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU -39-

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN -40-

4.1 XỬ LÝ PPQD BẰNG ẤU TRÙNG RLĐ (Hermetia illucens) -40-

4.1.1 ĐÁNH GIÁ MÙI BẰNG CẢM QUAN -40-

4.1.2 ĐỘ SỤT GIẢM THỂ TÍCH THEO THỜI GIAN -42-

4.1.3 TỶ LỆ CHUYỂN HOÁ PPQD -44-

4.1.4 TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG -45-

4.1.5 HÀM LƯỢNG DINH DƯỠNG CỦA PHÂN COMPOST -46-

4.1.6 KÍCH THƯỚC VÀ TRỌNG LƯỢNG NHỘNG -47-

4.2 XỬ LÝ PPQD BẰNG TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus) -47-

4.2.1 ĐÁNH GIÁ MÙI BẰNG CẢM QUAN -47-

4.2.2 TRỌNG LƯỢNG PPQD ĐƯỢC TIÊU THỤ THEO THỜI GIAN -48-

4.2.3 TỶ LỆ CHUYỂN HOÁ PPQD -50-

4.2.4 TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG -51-

4.2.5 HÀM LƯỢNG DINH DƯỠNG CỦA PHÂN COMPOST -52-

4.2.6 KÍCH THƯỚC VÀ TRỌNG LƯỢNG TRÙN QUẾ -53-

4.3 SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ PPQD TRONG 3 TRƯỜNG HỢP (PHÂN HUỶ TỰ NHIÊN, CÓ SỰ THAM GIA CỦA ẤU TRÙNG RLĐ VÀ CÓ SỰ THAM GIA CỦA TRÙN QUẾ) VỚI NHAU -53-

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ -59-

5.1 KẾT LUẬN -59-

5.2 KIẾN NGHỊ -59-

TÀI LIỆU THAM KHẢO -62- PHỤ LỤC - PL-I

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG -PL-XXX

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Ruồi lính đen trưởng thành 12-

Hình 2.2 Ấu trùng Ruồi lính đen 12-

Hình 2.3 Nhộng của Ruồi lính đen 13-

Hình 2.4 Trùn quế 18-

Hình 2.5 Kén trùn quế 20-

Hình 2.6 Trùn quế trưởng thành 21-

Hình 3.1 Mô hình xác định mật độ ấu trùng SBF tích hợp 34-

Hình 3.2 Mô hình xác định mật độ TQ thích hợp 38-

Hình 4.1 Ấu trùng ruồi lính đen 55-

Hình 4.2 Ấu trùng RLĐ đang xử lý PPQD 55-

Hình 4.3 Nhộng Ruồi lính đen 56-

Hình 4.4 Ruồi lính đen trưởng thành 56-

Hình 4.5 Vỏ nhộng Ruồi lính đen 57-

Hình 4.6 Trùn quế đang xử lý PPQD 57-

Hình 4.7 Trùn quế sau xử lý 58-

Hình 4.8 Sản phẩm Compost sau xử lý 50-

Hình 5.1 Thùng xử lý rác bằng Ấu trùng RLĐ 61-

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần trung bình cho 100g dứa 07-

Bảng 2.2 Tỷ lệ giảm thể tích từng loại rác theo thời gian 15-

Bảng 2.3 Thành phần VSV trong phân rác trước và sau khi xử lý 16-

Bảng 2.4 Khả năng chuyển hoá phân bò của trùn quế 22-

Bảng 2.5 Khả năng chuyển hoá phân bò của trùn cơm 23-

Bảng 2.6 Khả năng chuyển hoá phân bò của trùn hổ 23-

Bảng 2.7 Đặc tính tổng quát của phân trùn nguyên chất 24-

Bảng 2.8 Nhiệt độ và thời gian tiêu diệt mầm bệnh trong chất thải 30-

Bảng 2.9 Tiêu chuẩn chất lượng phân vi sinh ủ từ rác 31-

Bảng 4.1 Bảng điểm trung bình của các thanh viên ban hội thẩm 40-

Bảng 4.2 Độ sụt giảm về thể tích theo thời gian 42-

Bảng 4.3 Tỷ lệ chuyển hoá PPQD 44-

Bảng 4.4.Tốc độ tăng trọng của Ấu trùng RLĐ 45-

Bảng 4.5 Hàm lượng dinh dưỡng của PPQD ủ tự nhiên so với PPQD được xử lý bằng Ấu trùng RLĐ 46-

Bảng 4.6 Kích thước và trọng lượng của nhộng 47-

Bảng 4.7 Trọng lượng PPQD được tiêu thụ theo thời gian 48-

Bảng 4.8 Tỷ lệ chuyển hoá PPQD 50-

Bảng 4.9 Tốc độ tăng trưởng của trùn quế 51-

Bảng 4.10 Hàm lượng dinh dưỡng của PPQD ủ tự nhiên so với PPQD được xử lý bằng trùn quế 52-

Bảng 4.11 Kích thước và trọng lượng của trùn quế 53-

Bảng 4.12 Bảng chỉ tiêu so sánh 54-

DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ

Đồ thị 2.1 Diễn biến nhiệt độ trong quá trình composting 26-

Đồ thị 4.1 Diễn biến mùi phát sinh trong quá trình xử lý PPQD ở mật độ ấu trùng RLĐ khác nhau 41-

Đồ thị 4.2 Thể tích và độ sụt giảm thể tích PPQD ở các mật độ Ấu trùng RLĐ 43-

Đồ thị 4.3 Thời gian xử lý, thể tích và trọng lượng compost sau xử lý bằng ấu trùng RL Đ 44-

Đồ thị 4.4 Trọng lượng PPQD được trùn tiêu thụ theo thời gian 49-

Bảng 4.5 Thời gian xử lý và trọng lượng compost sau xử lý bằng TQ

50-Sơ đồ 2.1 Vòng đời của RLĐ 14-

Sơ đồ 2.2 Chu kỳ sinh sản của trùn đất 19-

Sơ đồ 2.3 Qui trình sản xuất phân compost 28-

Sơ đồ 3.1 Nội dung thực nghiệm 33-

Sơ đồ 3.2 Bố trí thí nghiệm 1 35-

Sơ đồ 3.3 Bố trí thí nghiệm 2 39-

Sơ đồ 5.1 Qui trình xử lý rác thải sinh hoạt qui mô hộ gia đình 74-

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ANOVA : Analysis of Variance

CTRHC : Chất thải rắn hữu cơ

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Tỉnh Long An có diện tích tự nhiên (DTTN): 449.187 ha chiếm 11,28% DTTN vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), dân số trên 1,4 triệu người chiếm 8,09 dân số vùng ĐBSCL), tổng thu nhập quốc dân (GDP) là 17.496 tỷ Do ảnh hưởng của quá trình đô thị hoá, phát triển công nghiệp, sự gia tăng dân số nên tổng lượng rác phát sinh trên địa bàn tỉnh gia tăng lên đáng kể Trong đó rác sinh hoạt khoảng 160 tấn/ngày có thành phần chủ yếu là rác hữu cơ [Trung tâm Quan trắc Dịch vụ & Kỹ thuật Môi trường tỉnh Long An, 2008]

Giống như Thành Phố Hồ Chí Minh và các tỉnh khác trong cả nước thì công tác quản

lý chất thải rắn (CTR) đang là vấn đề bức xúc của tỉnh Long An Toàn bộ lượng CTR phát sinh trên địa bàn tỉnh được các Công ty TNHH một thành viên công trình công cộng các huyện, thị xã hoặc các tổ, đội dân lập thu gom và vận chuyển đến các bãi rác

lộ thiên Tuy tỷ lệ thu gom rác chỉ đạt khoảng 50% tổng khối lượng CTR phát sinh tại các khu vực thị trấn thị tứ, còn ở các vùng nông thôn tỷ lệ này còn thấp hơn [Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh Long An, 2008] nhưng hiện nay các bãi rác lộ thiên như Lương Hoà – Bến Lức, Lợi Bình Nhơn – Tân An … đã quá tải, không còn tiếp nhận chôn lấp rác nữa, việc qui hoạch, xây dựng bãi rác do quĩ đất hạn hẹp, chi phí đầu tư xây dựng cao Vì lý do này rác tại một số huyện của tỉnh Long An, đặc biệt là rác tại Cần Giuộc phải nhờ đến sự hỗ trợ xử lý từ TP HCM và đã được Công ty Viêt Nam Waste Solutions đồng ý tiếp nhận xử lý rác với chi phí xử lý khá cao:16,4 USD/tấn [UBND huyện Cần Giuộc, 2008]

Rác hữu cơ, đặc biệt là bã thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm, rác chợ rau quả, phụ phế phẩm rau từ các hợp tác xã rau an toàn … rất khả thi khi được tận dụng để tái chế tại chỗ phân hữu cơ Tuy nhiên tại Long An các loại rác này chủ yếu được đổ bỏ như chất thải sinh hoạt, chưa được nghiên cứu xử lý hợp lý Cụ thế là bã thải trái cây

(chủ yếu là bã thải quả dứa) phát sinh từ nhà máy chế biến của Công ty TNHH thực phẩm quốc tế An Nan – Thạnh Hoá khối lượng khá lớn, từ 7 - 20 tấn/ngày, Công ty Delta – Tân An chủ yếu đem chôn lấp, chưa được nghiên cứu xử lý hiệu quả trong điều kiện chôn lấp gặp nhiều khó khăn như tại Long An [Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh Long An, 2008]

Để giải quyết được vấn đề nêu trên thì việc tận dụng lại phế phẩm quả dứa (PPQD) làm compost là khả thi Tuy nhiên hiện nay phương pháp này cũng gặp phải một số vấn đề khó khăn như thời gian xử lý kéo dài, phát sinh mùi hôi thối (NH3, H2S), nước thải gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, chất lượng phân compost chưa tốt do đầu vào chưa được phân loại triệt để, lượng đạm bị mất đi dưới dạng N2O, N2, NH3 (phản nitrat hoá)…Phương pháp ứng dụng côn trùng đề xử lý rác hữu cơ là một phương pháp mới cho hiệu quả cao mà lại thực hiện đơn giản, công nghệ thân thiện với môi trường và cung cấp sản phẩm phân compost chất lượng cao (phân trùn) phục vụ sản xuất nông nghiệp Các vật chất hữu cơ thối rữa là nơi ở tự nhiên và là thức ăn cho ấu trùng của

nhiều loài côn trùng, trong đó đặc biệt là Ấu trùng ruồi lính đen (Hermetia illucens) và Trùn quế (Perionyx excavatus) Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ấu trùng ruồi lính

đen và trùn quế có khả năng chuyển hoá chất hữu cơ cho hiệu quả cao vừa giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường từ rác thải hữu cơ, đồng thời phân RLĐ và TQ có hàm lượng và thành phần chất dinh dưỡng đáp ứng được yêu cầu của ngành trồng trọt, ngoài ra trùn quế và ấu trùng RLĐ còn được sử dụng làm thức ăn cho cá, gia súc [Trần Tấn Việt, 2002], [Nguyễn Văn Bảy, 2002]

Đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng Ấu trùng Ruồi lính đen (Hermetia illucens) và Trùn quế

(Perionyx excavatus) xử lý phế phẩm quả dứa từ nhà máy chế biến thực phẩm ” để giải

quyết vấn đề trên

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

So sánh hiệu quả xử lý phế phẩm của quả dứa (PPQD) bằng Ấu trùng ruồi lính đen

(Hermetia illucens) và trùn quế (Perionyx excavatus) để giảm lượng chất thải phải

chôn lấp, giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường đồng thời tạo ra các sản phẩm phục vụ sản xuất nông nghiệp

1.3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1.3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Phế phẩm của quả dứa [Ananas comosus(L)Merr]

- Ruồi lính đen (Hermetia illucens)

- Trùn quế (Perionyx excavatus)

1.3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tổng quan về hiện trạng quản lý CTR tại tỉnh Long An, quá trình nghiên cứu và ứng

dụng Ấu trùng ruồi lính đen (Hermetia illucens) và trùn quế (Perionyx excavatus) xử

lý chất thải hữu cơ

- Xây dựng mô hình pilot xử lý PPQD bằng Ấu trùng ruồi lính đen và trùn quế

- Theo dõi, vận hành mô hình và đo đạc các chỉ tiêu tại các thí nghiệm:

+ Thí nghiệm 1 Xác định mùi bằng cảm quan khứu giác, đo độ sụt giảm về thể tích, xác định thời gian xử lý hoàn toàn, tỷ lệ chuyển hoá, tốc độ tăng trưởng của Ấu trùng RLĐ … để xác định mật độ Ấu trùng RLĐ thích hợp

+ Thí nghiệm 2 Xác định mùi bằng cảm quan, đo khối lượng PPQD được tiêu thụ theo thời gian, xác định thời gian xử lý hoàn toàn, tỷ lệ chuyển hoá, tốc độ tăng trưởng …

để xác định mật độ Ấu trùng RLĐ thích hợp

1.3.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Thời gian nghiên cứu được thực hiện từ tháng 6/2008 – 12/2008

- Đối tượng nghiên cứu xử lý là phế phẩm của quả dứa (thành phần hữu cơ của rác sinh hoạt)

- Hoạt động nghiên cứu được thực hiện trên mô hình thực nghiệm 25l (pilot)

- Các chỉ tiêu nghiên cứu: Đánh giá mùi bằng cảm quan, đo độ sụt giảm về thể tích, khối lượng PPQD được tiêu thụ theo thời gian, xác định thời gian phân huỷ hoàn toàn, thời gian chuyển hoá, tốc độ tăng trưởng, phân tích N, P, K tổng và acid humic của phân compost … của phân compost thu được sau xử lý Ngoài ra còn xác định kính thước, trọng lượng và tỷ lệ % vật chất khô của nhộng RLĐ và trùn quế sau xử lý

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu trong và ngoài nước về công nghệ xử lý

chất thải rắn hữu cơ và các công trình có liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thực hiện trên các mô hình thí nghiệm ở qui mô pilot để

nghiên cứu xử lý chất thải

- Đánh giá các chỉ tiêu về sinh hoá: các sản phẩm thu được

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học đáng tin cậy cho các cơ quan chủ

quản, công ty xử lý chất thải … tham khảo để xây dựng công nghệ xử lý chất thải giảm thiểu chôn lấp Từ đó có thể bổ sung, phát triển và đi sâu vào việc nghiên cứu những nội dung mà đề tài chưa đề cập, phát triển

1.5.2 Ý NGHĨA THỰC TIỄN

- Luận văn có ý nghĩa thực tiễn cao trong điều kiện Việt Nam đang là một nước nông

nghiệp có nhu cầu về phân bón, trùn, nhộng ruồi lính đen để phục vụ sản xuất nông

nghiệp Có thể triển khai áp dụng xử lý bã thải tại các nhà máy chế biến rau, củ quả, hợp tác xã rau an toàn …

- Tăng khả năng xây dựng, lựa chọn công nghệ trong xử lý chất thải để hoàn thiện hệ

thống quản lý chất thải cho tỉnh Long An nói riêng và Việt Nam nói chung bằng công nghệ xử lý chất thải giảm chôn lấp thân thiện với môi trường (giảm nguy cơ ô nhiêm môi trường từ bãi chôn lấp), chấp nhận được về vấn đề kinh tế do giảm được nguồn chi, tăng nguồn thu từ các sản phẩm phân compost, sinh khối trùn…Ngoài ra còn dễ triển khai thực hiện do: Không yêu cầu công nghệ phức tạp, kỹ năng người vận hành, hiệu quả xử lý nhanh, có thể chấp nhận được về mặt môi trường do mùi hôi phát sinh trong quá trình xử lý ở mức độ vừa phài dễ dàng khắc chế, ít tạo ra nước thải gây ảnh hưởng đến môi trường…

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẾ PHẨM CỦA QUẢ DỨA

2.1.1 DIỆN TÍCH VÀ SẢN LƯỢNG DỨA

Theo số liệu của Tổng cục thống kê Việt Nam thì tổng diện tích trồng dứa trên phạm vi

cả nước đạt 37.800 ha, với sản lượng đạt 292.000 tấn chủ yếu dung để ăn tươi, chế biến phục vụ mục tiêu xuất khẩu

2.1.2 KHỐI LƯỢNG, NGUỒN PHÁT SINH VÀ HIỆN TRẠNG XỬ LÝ PHẾ PHẨM CỦA QUẢ DỨA TẠI TỈNH LONG AN

- Quả dứa được sử dụng chủ yếu để ăn tươi và cung câp cho các cơ sở chế biến như Công ty TNHH thực phẩm quốc tế An Nan - Thạnh Hoá), công ty TNHH Delta - Tân An…Phụ phế phẩm của quả dứa chủ yếu là vỏ dứa và xác bả dứa với khối lượng chiếm khoảng 40% [Bộ môn chế biến thực phẩm, Đại học Bách Khoa TP HCM, 2008] Như vậy dự kiến có khoảng 168.000 tấn PPQD/năm từ tổng sản lượng khoảng 292.000 tấn/năm

- Nguồn phát sinh: Chủ yếu từ các cơ sở chế biến tập trung, chợ, nơi tập kết dứa khi thu hoạch và một lượng không ổn định từ các hộ gia đình, khu dân cư

- Thành phần, tích chất: gồm có Glucide, Protide, Lipide, Acide hữu cơ, Nước, Chất

xơ, chất khoáng và vitamin

Bảng 2.1 Thành phần trung bình cho 100 g dứa

Protide 0.50 Lipide 0.20 Acide hữu cơ 0.90

Nước 84.8 Chất xơ 1.40

các loại phế liệu hữu ích Hai đầu quả dứa chiếm tỉ lệ tới 15 - 20% so với khối lượng quả dứa Ngay cả vỏ dứa, lõi dứa, mắt dứa, những miếng dứa vụn loại ra trong quá trình gọt, sửa dứa để làm đồ hộp dứa nước đường, chiếm tỉ lệ 40 -50% Bã dứa, loại ra sau khi ép lấy nước, chiếm tỉ lệ 40 - 50% so với khối lượng dứa đem ép Bã dứa sau khi ép còn chứa một lượng đường khoảng 5%, tinh bột 5 - 6%, photpho, kali và protein, nên có thể làm rượu, giấm, phân bón hoặc thức ăn gia súc Vỏ dứa, 2 đầu dứa, lõi dứa, mắt dứa, những miếng vụn, đưa vào ép để lấy nước Hiệu suất dịch quả thu được khi ép vỏ khoảng 40%, ép lõi - 45%, ép mắt dứa, dứa vụn - 55%

+ Phân viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch (TP.HCM) đã nghiên cứu, ứng dụng quy trình chế biến rượu vang, giấm, acid citric, thức ăn gia súc và phân bón từ nguồn dứa phế thải ở các nhà máy chế biến rau quả Ông Trần Văn Khu, Phó giám đốc phân viện cho rằng: “Trong bã dứa có nhiều protein, đường, một số vitamin, cellulose… Nếu có phương án chế biến thì không mất chi phí chuyên chở, nguyên liệu mà còn sản sinh ra thêm nhiều lợi nhuận cho nhà sản xuất”.[http://www.tgvn.com.vn]

+ Trung tâm ứng dụng tiến bộ kỹ thuật chăn nuôi tỉnh Thanh Hóa vừa thực hiện thành công đề tài sử dụng vỏ dứa cho lên men vi sinh để làm thức ăn gia súc, đạt chất lượng tốt Được sự hỗ trợ của Viện Khoa học kỹ thuật miền Nam, quy trình lên men này rất đơn giản và được thực hiện ngay tại các hộ gia đình phục vụ trực tiếp cho chăn nuôi trâu bò Người nông dân được hướng dẫn sử dụng bột gạo, bột ngô hoặc sắn có rắc men vi sinh rồi trộn với vỏ dứa, lõi dứa là các phế thải của nhà máy chế biến đồ hộp xuất khẩu theo tỷ lệ 1/3 (1 phần bột gạo có men vi sinh + 3 phần vỏ dứa) Sản phẩm hỗn hợp này được trộn dều và nén chặt trong các bao ni-lon hoặc ngâm ủ trong các bể xây từ 3 đến 5 ngày Khi vỏ dứa lên men chuyển sang màu vàng, có mùi thơm đặc trưng là có thể đem cho trâu, bò ăn trực tiếp Theo cán bộ kỹ thuật, loại thức ăn này khá hấp dẫn gia súc vì chúng có thể ăn liên tục trong nhiều ngày mà không bị rát lưỡi

như khi ăn vỏ dứa chưa qua xử lý đồng thời cũng tăng trọng khá nhanh

[www.vista.gov.vn/pls/]

2.1.3 SỰ CẦN THIẾT PHẢI XỬ LÝ PPQD

Như đã được đề cập ở trên, biện pháp xử lý chính của phế phẩm của PPQD là chôn lấp Tuy nhiên hiện nay các bãi rác hầu hết các bãi chôn lấp tại Việt Nam đều quá tải, thậm chí một số bãi rác còn phải tiếp nhận rác trong điều kiện bất khả kháng như Lợi Bình Nhơn – Tân An, Lương Hoà – Bến Lức, bãi rác lộ thiên xã Nhị Thành – Thủ Thừa…là những bãi rác không hợp vệ sinh đã quá tải, không còn khả năng tiếp nhận thêm rác, hơn nữa Long An cũng chưa xây dựng mới bãi rác nào Để tiết kiệm chi phí, nhiều công ty có phát sinh chất thải đã “đỗ chui rác”, xử lý không đạt yêu câu, để rác ứ đọng lâu gây ảnh hưởng đến môi trường Công ty TNHH thực phẩm quốc tế An Nan – Thạnh Hoá là một ví dụ điển hình, hiện với bã thải trái cây từ 7 – 20 tấn/ngày chưa có biện pháp xử lý hiệu quả, chủ yếu là tập kết về nhà chứa rác chờ chuyển đi chôn lấp

…Do vậy việc ứng dụng kỹ thuật xử lý rác giảm chôn lấp là cần thiết để áp dụng xử lý rác hữu cơ là cần thiết, đặc biệt là PPQD (ước tính khoảng 12.000 tấn/năm), trong đó đáng chú ý là bã thải (chủ yếu là PPQD) với khối lượng phát sinh tương đối lớn của các công ty chế biến thực phẩm, rác chợ rau quả, phế phẩm từ các hợp tác xã rau an toàn… để bảo vệ môi trường góp phần vì mục tiêu phát triển bền vững

2.2 TỔNG QUAN VỀ RUỒI LÍNH ĐEN ( Hermetia illucens)

2.2.1 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẤU TRÙNG RLĐ XỬ LÝ CHẤT THẢI

2.2.1.1 Trên thế giới

- Ruồi lính đen (RLĐ) là loài côn trùng có tên khoa học Hermetia illucens (Diptera:

Stratiomyidae) tồn tại trong tự nhiên ở nhiều vùng nhiệt đới và á nhiệt đới (McCallan, 1974) Giai đoạn trưởng thành chúng có đời sống rất ngắn, thích sống dưới các bóng

cây và không vào nhà [Furman và ctv, 1974]

- RLĐ sinh sản trên thực vật thối rữa và phân gia súc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới

trên thế giới [James, 1935] RLĐ có thể ức chế ruồi nhà, Musca domestica L

[Klpatrick và Schoof ,1959; Furman và ctv, 1959, Tingle và ctv, 1975] Nhộng và ấu trùng RLĐ có thể sử dụng làm thức ăn bổ sung cho một nhóm động vật bao gồm gia

cầm [Hale, 1973], heo [Newton và ctv, 1977] và cá [Bondari và Sheppard, 1981]

- Furman, (1959) đặc tính sinh học của RLĐ: Ấu trùng của RLĐ có thế trưởng thành trong 2 tuần dưới điều kiện lý tưởng, nhưng nếu bị hạn chế thức ăn thì có thể kéo dài giai đoạn ấu trùng đến 4 tháng; Giai đoạn nhộng của RLĐ kéo dài từ 2 tuần đến 5 tháng, không ăn thức ăn Do nhộng RLĐ có cơ thể mập dự trữ đủ năng lượng để phát

vũ hoá thành RLĐ trưởng thành nên nhộng có thể được sử dụng làm thức ăn cho gia súc; Giai đoạn trưởng thành RLĐ có đời sống ngắn, thích sống dưới các bóng cây và

không vào nhà, thường giao phối khi bay, có thể ức chế ruồi nhà, Musca domestica L

- Sheppard và ctv, (1994) Ấu trùng RLĐ làm giảm thể tích chất thải trên 50%, làm giảm mùi hôi, đồng thời ngăn chặn được sự phát triển của ruồi nhà khoảng 94 – 100% khi nuôi bằng phân heo

- Paul Olivier, (2002) xác định lợi ích của việc chuyển hóa sinh học nhờ ấu trùng RLĐ:

+ Sâu non: 44% trọng lượng khô (>2,5 lần so với ruồi nhà), 42,1% protein, 34,8% chất

béo, 20,8% kitin, 200USD/tấn khi bán làm thức ăn cho cá

+ Chất thải: Bổ sung vào phân compost, nuôi trùng đất để bổ sung vào quá trình

chuyển hóa sinh học

+ Mức độ chuyển hoá: >20% đối với rác thực phẩm, giảm 10 lần khối lượng và thể

tích rác thải, thời gian chuyển hóa nhanh hơn so với phương pháp ủ bình thường (vài ngày so với vài tháng), loại bỏ 50% P trong chất thải, không sinh mùi hôi, không sinh các loại khí nhà kính, tái tạo chất dinh dưỡng

2.2.1.2 Tại Việt Nam

Phương pháp ứng dụng côn trùng đề xử lý rác hữu cơ, đặc biệt là ứng dụng Ấu trùng

RLĐ (Hermetia illucens) là một phương pháp mới Do vậy tài liệu nghiên cứu về loài

ruồi này rất ít Hiện nay tại trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, Trần Tấn Việt – Khoa Nông Học, Bùi Xuân An – Khoa Môi trường đã nghiên cứu ứng dụng thành công Ấu trùng RLĐ để xử lý chất thải trong chăn nuôi

- Trần Tấn Việt và ctv, (2002) đặc tính sinh học của RLĐ như sau:

+ Vòng đời (ở nhiệt độ thường): Trứng (102 – 105 giờ); sâu non (2 tuần); nhộng (2 tuần); trưởng thành (5 – 8 ngày)

+ Sinh sản: 900 trứng/con cái

+ Hành vi: con trưởng thành không ăn, ưa sống dưới bóng cây, không vào nhà

+ Cạnh tranh: ức chế sự phát triển của ruồi nhà

+ Dịch tể: không mang mầm bệnh nên không là tác nhân gây bệnh truyền nhiễm cho người và vật nuôi

+ Có khả năng phân huỷ: Phân gia súc, gia cầm, các dư thừa thực vật từ trang trại, sản phẩm dư thừa từ quá trình chế biến thực phẩm, chất thải từ cơ quan, nhà hàng, nhà bếp, cống rãnh

+ Tốc độ, mức độ và đặc tính phân huỷ: Tốc độ phân huỷ nhanh, 15 ngày (bình thường phải mất 228 ngày), giảm thể tích trên 50%, mùi hôi chất thải và không tạo ra nguồn nước thải

- Bùi Xuân An, Nguyễn Thị Tú Quyên (2005) đã thí nghiệm sử dụng Ấu trùng RLĐ xử

lý phân bò, cho kết quả như sau:

+ Mật độ thích hợp trong quá trình xử lý 120g ấu trùng RLĐ/1kg phân bò

+ Hiệu suất chuyển hoá phân là 50%

+ Năng suất nhộng là 25g/100g ấu trùng

2.2.2 ĐẶC TÍNH SINH HỌC CỦA RUỒI LÍNH ĐEN

2.2.2.1 Đặc điểm hình thái, sinh sản

- RLĐ trưởng thành: Dài 15 – 20 mm, có cánh màu đen ám khói, thân màu đen, bụng của con cái có màu hơi đỏ ở đỉnh và có 2 đốm mờ trên 2 đốt bụng, còn bụng con đực

có đốm màu đồng Con trưởng thành sống dưới các bóng cây và không vào nhà

Hình 2.1 Ruồi lính đen trưởng thành [Paul A.Oliver, 2003]

- Trứng: Dài khoảng 1 mm, có hình oval thon dài Khi mới sinh ra trứng có màu vàng xám hoặc màu cam, sau đó sẽ thẫm lại

- Ấu trùng RLĐ: Hình dạng mập, mỏng dẹt và yếu ớt, đầu nhỏ hơn so với cơ thể, khi mới nở ra đầu hơi vàng và sau đó chuyển sang màu đen Da của ấu trùng cứng mịn và dai Khi mới nở ấu trùng dài khoảng 1,8 mm, phát triển qua 6 giai đọan, vào giai đoạn cuối cùng cò màu nâu hơi đỏ Ấu trùng trưởng thành có chiều dài khoảng 18 mm và chiều rộng khoảng 6 mm, mặc dù có một số cá thể đặc biệt có thể dài đến 27 mm

Hình 2.2 Ấu trùng ruồi lính đen đang xử lý vỏ mít

- Nhộng: Có da màu đen và phát triển trong kén, kén chính là da của ấu trùng phát triển vào giai đoạn cuối Nhộng có khả năng di chuyển, không ăn, có ruột rỗng, có kích thước lớn hơn so với con nhộng của các loài ruồi khác Nhộng không có đặc điểm khác biệt rõ ràng ngoại trừ các lằn gợn bé dọc theo chiều dài thân, có lông mọc trên da và phần phụ miệng được biến đổi thành dạng móc để giúp cho sự di chuyển

Hình 2.3 Giai đoạn nhộng của ruồi lính đen

a Đặc tính:

- Phân bố: Phân bố rộng rãi ở những vùng nhiệt đới và á nhiệt đới Chúng sinh sống ở những nhà vệ sinh ngoài trời, những hố phân chôn, phân gia súc, gia cầm và những khu rác thải hữu cơ Ấu trùng xuất hiện với một mật độ nhiều nhất trong các môi trường ẩm ướt

- Thức ăn: Ấu trùng ruồi lính đen ăn các loại vật chất hữu cơ thối rữa như các xác chết, các loại phân hữu cơ, rác thải thực vật, rác thải sinh hoạt và các sản phẩm rác thải hữu

cơ khác

- Sinh sản: Khoảng 900 trứng / một con cái Loài này giao phối khi bay và sau đó con cái gửi những khối trứng gần các hố chứa vật chất hữu cơ thối rữa

- Dịch tể: Ruồi lính đen không phải là loài gây hại Chúng không cắn và không mang

mầm bệnh, do đó không phải là tác nhân lây bệnh truyền nhiễm cho người và vật nuôi

như các loài ruồi khác

- Cạnh tranh: Ngăn chặn sự phát triển của ruồi nhà, ở đâu có mật độ ấu trùng ruồi lính

đen cao thì ở đó mật độ ruồi nhà giảm đi một cách đáng kể

b Vòng đời:

Ấu trùng (14 ngày) Nhộng

Trứng (5 – 8 ngày) Ruồi trưởng thành

Sơ đồ 2.1 Vòng đời của ruồi lính đen trong điều kiện thích hợp

- Giai đoạn trứng: Kéo dài khoảng 102 – 105 giờ, trứng nở trong khoảng nhiệt độ từ

24 – 28oC

- Giai đoạn ấu trùng: Kéo dài khoảng 2 tuần trong điều kiện đầy đủ thức ăn và nhiệt độ

khoảng Giai đoạn này có thể kéo dài đến 4 tháng nếu môi trường sống thiếu thức ăn

và nhiệt độ lạnh

- Giai đoạn nhộng: Kéo dài trong khoảng 2 tuần nhưng cao hơn có thể kéo dài đến 5

tháng

- Giai đoạn trưởng thành: Kéo dài từ 5 – 8 ngày, sống dưới các bóng cây 99,6% sự đẻ

trứng loài ruồi này xảy ra trong khoảng nhiệt độ từ 27,5 – 37,5oC

2.2.2.2 Đặc tính phân huỷ rác hữu cơ của Ấu trùng RLĐ [Trần Tấn Việt, 2002]

a/ Cơ chế của sự phân huỷ chất thải rắn hữu cơ (CTRHC) với sự tham gia của

ấu trùng RLĐ [ Paul A Olivier, Ly L Olivier và ctv, 2007]

Khác với trùn, ấu trùng RLĐ có thể ăn trực tiếp CTRHC không cần chờ đến giai đoạn

CTRHC trở nên thối rữa và bốc mùi, nhờ men tiêu hóa mạnh do ấu trùng tiết ra Do

quy trình này không có sự hiện diện của vi khuẩn ưa nhiệt và kỵ khí, ấu trùng RLĐ có

khả năng duy trì và tái chế hầu hết các chất dinh dưỡng và năng lượng có trong rác Ấu trùng mới nở sẽ tiêu thụ CTRHC với tốc độ rất nhanh Trong lúc ăn, ấu trùng RLĐ tiết

ra một hoá chất cho phép chúng liên lạc với các loài ruồi khác, thông báo cho các loài ruồi này không nên đẻ trứng ở khu vực mà ấu trùng RLĐ đang hoạt động Sự truyền đạt thông tin giữa các loài ruồi này rất hiệu quả Tại khu vực lân cận nơi đặt thùng xử

lý, chúng ta không nhận thấy sự hiện diện của ruồi nhà cùng với các loại ruồi thường quấy rầy con người

b/ Ấu trùng RLĐ có khả năng phân huỷ: phân gia súc, gia cầm, rác, các dư thừa

thực vật từ trang trại, sản phẩm dư thừa từ qúa trình chế biến thực phẩm …cho kết quả

92,5 85,6 74,5 63,7 Bảng 2.2 và bảng cho thấy: Xử lý rác thải bằng Ấu trùng RLĐ thì thể tích và trọng lượng phân giảm đi lớn (trên 50%) Đặc điểm này là tiêu chí tích cực để lựa công nghệ

xử lý rác do giảm diện tích nhà xưởng tái chế rác hữu cơ và diện tích chôn lấp

Bảng 2.3 Thành phần vi sinh vật trong phân rác trước và sau xử lý

35 x 107

23 x 104

43 x 102

15 KPH

Bảng 2.3 cho thấy số lượng vi sinh vật gây bệnh sau khi xử lý giảm Điều này chứng tỏ phân sau khi xử lý ít ảnh hưởng đến môi trường, sức khoẻ con người và vật nuôi

Ngoài ra mật độ ruồi nhà, mức độ mùi: giảm sau xử lý ngắn (13 ngày)

* Sản phẩm sau xử lý

- Nhộng: Hàm lượng amino acid, acid béo trong nhộng (74,9% và 14,49%) Hàm

lượng phù hợp so với thành phần dinh dưỡng của thức ăn trong chăn nuôi Như vậy nhộng có thành phần dinh dưỡng cao có thể sử dụng làm thức ăn gia súc, gia cầm, cá

- Phân hữu cơ: Có hàm lượng các chất dinh dưỡng, đặc biệt là hàm lượng mùn cao

hơn nhiều so với phân được ủ tự nhiên (49% và 13,57%) Điều này chứng tỏ phân do

ấu trùng RLĐ có thể được sử dụng để chế biến phân hữu cơ chất lượng cao

2.3 TỔNG QUAN VỀ TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus)

2.3.1 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRÙN QUẾ XỬ LÝ CHẤT THẢI

2.3.1.1 Trên thế giới

- Sachell (1967) cho rằng các dạng xác bã hữu cơ mà trùn đất có thể chấp nhận làm thức ăn phụ thuộc vào hàm lượng nitrogen và carbohydrate Các hợp chất hóa học có gốc polyphenol, tamin, benzen, tinh dầu sẽ gây độc cho trùn đất

- Vào năm 1970 các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Syracuse, New York đã khởi xướng phương pháp sử dụng trùn đất để xử lý chất thải rắn sinh họat

- Hội nghị đầu tiên về vấn đề sử dụng trùn đất làm tác nhân xử lý rác thải hữu cơ diễn

ra tại Syracuse, New York, USA vào năm 1978

- Corter và cộng sự (1989) cho rằng vi sinh vật phân giải chất hữu cơ là một tập đoàn sống cộng sinh và có mối quan hệ mật thiết với trùn đất Cũng trong năm này, Zachmanm và Linden xem hệ thống hang của trùn đất như những “lổ chân lông” của đất và giúp cho đất cải tạo sự thấm nước, sự khuyếch tán - thoát khí

- Ruz Jeres và cộng sự (1998) thì trùn đất thích hợp với nguồn rác có tỷ lệ C/N thấp như phân chuồng, không tiêu hóa nguồn rác bởi có tỷ lệ C/N cao như rơm rạ, bã mía, mạt cưa

- Edwards (1998) đã đưa ra quy trình xử lý rác thải hữu cơ bằng trùn đất

- Ngày nay, các nước phát triển như Úc, Bỉ, Mỹ, Nhật, và một số nước đang phát triển như Philippine, Ấn Độ đang sử dụng trùn như một trong những công cụ xử lý chất hữu

cơ có hiệu quả

2.3.1.2 Tại Việt Nam

- Trần Hoàng Dũng, Lê Duy Thắng, Nguyễn Đình Dậu và cộng sự (2001) đã nghiên

cứu ứng dụng trùn Perionyx excavatus xử lý phân gia súc, mạt cưa thải sau trồng nấm,

rơm rạ, bã mía …

- Trần Tấn Việt, Ngô Văn Đông (2002) nghiên cứu khảo sát khả năng chuyển hóa chất thải hữu cơ của một số giống trùn đất ở Việt Nam

- Nguyễn Văn Bảy (2004) nghiên cứu và đưa ra một số kỹ thuật nuôi trùng đất phù hợp

với điều kiện Việt Nam

- Dương Văn Thao, 2008, nuôi trùn bằng hồ hợp vỏ trái cây cam, quýt, chanh tắt trộn với phân chuồng với tỷ lệ là 80% vỏ trái cây và 20% phân chuồng [http://www.bentrev.org.vn]

2.3.2 ĐẶC TÍNH SINH HỌC CỦA TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus)

2.3.2.1 Đặc tính hình thái và tập tính ăn

a/ Đặc điểm hình thái

- Ở Việt Nam, trùn Perionyx excavatus được gọi là trùn quế hay trùn đỏ Ở các nước

khác Đây là một trong những loài trùn được nuôi nhiều trên thế giới, đặc biệt là ở Philippine, Ấn Độ, Úc

- Trùn không có xương sống, bên ngoài cơ thể có một lớp kitin mỏng có sắc tố Trừ hai đốt phía trước đầu, còn các đốt khác đều có sợi tơ Thường thì sợi tơ xếp thành hai chùm lưng và hai chùm bụng trên mỗi đốt Thân trùn đất có hình trụ dài, đầu và đuôi hơi nhọn

- Loài trùn nhỏ có dài thân độ 3 cm, tiết diện thân 0,2 cm Loài trùn trung bình có dài thân 3cm đến 10 cm, tiết diện thân 0,2 - 0,5 cm Loại trùn lớn có dài thân trên 10 cm, tiết diện thân trên 0,5 cm

Đặc điểm nổi bật nhất của trùn đất là cơ thể chia thành nhiều đốt và bên trong cũng phân đốt tương ứng Các loài trùn đất khác nhau có số lượng đốt thân rất khác nhau Nhìn chung số lượng đốt thân ở trùn đất từ 110 - 180 cái

- Đai vòng của trùn là đai sinh dục Trên cơ thể trùn đã trưởng thành về sinh dục thường thấy 1 cái vòng có dạng như chiếc nhẫn hay dạng yên ngựa Đến mùa sinh sản, đai sinh dục thể hiện rất rõ

Hình 2.4 Trùn Perionyx excavatus [Nguyễn Văn Bảy, 2002]

- Trùn quế phát triển tốt ở nhiệt độ từ 25 - 300C, độ ẩm 75 – 80 %, chịu được độ pH từ

4 đến 8 (tốt nhất là pH = 6,5)[Trung tâm khuyến nông An Giang]

b Tập tính ăn [Nguyễn Văn Bảy, 2004]

- Trong tự nhiên, trùn có thể sử dụng rất nhiều chất hữu cơ để làm thức ăn Trong điều kiện không thuận lợi, chúng vẫn có thể lấy dinh dưỡng trong đất để làm thức ăn Evans

và Guild (1948) nghiên cứu ảnh hưởng của thức ăn trên sự đẻ kén của trùn và thấy rằng, trùn ăn thức ăn có phân động vật sẽ đẻ nhiều kén hơn khi ăn thức ăn chỉ có chất

hữu cơ là thực vật Barley (1959) cho trùn A caliginosa ăn nhiều khẩu phần khác nhau,

thấy rằng trùn tăng trưởng nhanh nhất khi ăn khẩu phần có phân gia súc Guild (1955) tính toán được rằng một trùn nặng 100mg ăn đến 80mg thức ăn mỗi ngày

- Thức ăn của trùn chủ yếu là các chất hữu cơ không có độc tố, có độ pH thích hợp, có

độ muối khoáng cao và đã được vi sinh vật phân giải như các loại phân gia súc gia cầm, bã của các nhà máy chế biến thực phẩm, chế biến gỗ, nhà máy làm giấy, các loại phế thải của nông sản, các cành lá mục, rau cải bỏ… Nhưng lá các loại cây gia vị (như rau húng, rau quế, rau đắng…), lá các loại cây tinh dầu (như lá chanh, lá cam, lá tràm bông vàng) đều có thể giết chết trùn hoặc làm trùn bỏ trốn

- Đặc biệt, trùn rất nhạy cảm với thức ăn ngọt và có vị tanh Do vậy, khi nuôi trùn nên chú ý cho ăn các loại hoa quả dập nát và tưới nước tôm cá lên thức ăn sẽ làm tăng tính thèm ăn của trùn

2.3.2.2 Đặc điểm sinh sản

Chu kỳ sinh sản của trùn đất có thể khái quát như sau:

1 kén ấp trứng 2 - 10 trùn con chưa trưởng thành

( 12 – 18 mg) 2 – 3 tuần (5mg mỗi con)

sinh đẻ sau trưởng thành 4 – 6 tuần

20 tuần (400 – 800mg)

Sơ đồ 2.2 Chu kỳ sinh sản của trùn đất

+ Trùn đất là loài lưỡng tính, nghĩa là có cả bộ phận sinh dục đực và cái Bộ phận đực,

ở gần miệng, gồm tinh hoàn tiết ra tinh trùng Bộ phận cái, ở nơi thấp hơn bộ phận đực, tiếp nhận tinh trùng và giữ lại để thụ tinh

+ Vào thời kỳ bắt cặp, khoảng 7 – 10 ngày, các trùn đất bám vào nhau theo chiều ngược đầu; như vậy mỗi con có thể nhận tinh trùng của con kia Các tinh trùng của con kia được dự trữ trong các túi nhận tinh của mỗi con để chờ thụ tinh cho các noãn của

nó Việc thụ tinh được thực hiện qua đai sinh dục nơi đó các tuyến sinh ra một trứng duy nhất, còn gọi là kén, được bảo vệ bởi một chất lỏng Trứng dạng hình trái lê, màu vàng lục, đường kính 2/3 – 3/4mm

Hình 2.5 Kén trùn + Sau 14 – 21 ngày, tùy theo các điều kiện khí hậu và chủ yếu tùy nhiệt độ trong và ngoài lớp rơm rác, 2 – 10 (có khi đến 20) trùn con trong mỗi trứng, khi đó có màu sậm hơn, được nở ra bằng cách phá bể vỏ trứng ở đầu nhọn Các trùn con màu trắng, nhưng

5 – 6 ngày sau đổi màu hồng để trở nên giống bố mẹ sau 15 – 20 ngày Chúng trưởng thành về mặt sinh dục sau 2 – 3 tháng (khi đai sinh dục xuất hiện) và đạt kích thước

trưởng thành sau 7 tháng Tuy nhiên mỗi trùn trưởng thành sinh ra khoảng 2000 trùn con mỗi năm

Hình 2.6 Trùn quế trưởng thành

2.3.2.3 Khả năng phân huỷ chất thải hữu cơ của trùn [Ngô Văn Đông, 2002]

a/.Cơ chế phân huỷ chất thải rắn hữu cơ (CTRHC) với sự tham gia của trùn và vi khuẩn cộng sinh

- Trong quá trình phân huỷ chất thải rắn hữu cơ (CTRHC) thường có sự góp mặt của 3 nhóm VSV chính: Nhóm gây thối (Saprogenic), nhóm lên men (Zymogenic) và nhóm mang mầm bệnh (Pathogenic) Trong đó nhóm Saprogenic và Zymogenic

tồn tại trong cả ba môi trường hiếu khí, tuỳ nghi và kỵ khí

- Protein và cacbonhydrat là 2 thành phần chính có trong CTRHC Quá trình phân huỷ của hai thành phần này diễn ra như sau:

+ Protein Æ Peptides Æ Amino acid Æ Hợp chất amonium Æ Sản phẩm trao đối chất

và sinh khối

+ Cacbonhydrat Æ Đường đơn Æ Acid hữu cơ Æ CO2, sản phẩm trao đổi chất và sinh khối

- Giống như quá trình composting, trong quá trình phân huỷ CTRHC bởi trùn đều có

sự tham gia của các nhóm vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh Sự phân huỷ CTRHC cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: nhiệt độ (0C), độ ẩm (%), pH, hàm lượng

oxy, độ nén, các chất ức chế …Sản phẩm hữu cơ từ trùn (phân trùn) cũng đòi hỏi CTRHC phải được chuyển hoá hoàn toàn sang dạng ổn định sinh học với độ mùn và hàm lượng khoáng cao đảm bảo an toàn cho cây trồng và hiệu quả cải tạo đất Sự khác biệt dễ nhận thấy là trong quá trình phân huỷ CTRHC quá trình sinh nhiệt bị hạn chế

- Ngoài chức năng chuyển hoá trực tiếp đối với một số vật chất hữu cơ chứa chất xơ và mềm như phân bò, phế phẩm trái cây …trùn còn đóng vai trò chuyển hoá gián tiếp những sản phẩm hữu cơ bởi các quá trình sinh học khác, đặc biệt là quá trình VSV Trùn và VSV có khả năng công sinh rất tốt vì trùn tiêu thu tốt thức ăn hữu cơ khi bắt đầu phân huỷ sinh học, ngược lại khả năng đào xới làm vật liệu trở nên tơi xốp và thoáng khí tạo điều kiện sống thuận lợi cho VSV hiếu khí Nhờ vậy mà trong quá trình phân huỷ ít phát sinh mùi hôi, khí nhà kín, nước thải và đặc biệt là tiết kiệm năng lượng vận hành

b/ Trùn có khả năng phân huỷ: phân gia súc, gia cầm, đặc biệt là phân bò rác, cho

kết quả xử lý như sau:

* Hiệu quả xử lý

Bảng 2.4 Khả năng chuyển hóa phân bò của trùn quế

TL phân

(50% ẩm độ)

(kg)

TL trùn (kg)

TL trùn (kg)

TL phân (80% ẩm độ) (kg)

1,206 1,220 1,190 1,174 1,180

10,61 10,67 10,38 10,82 10,53

6,63 6,67 6,49 6,76 6,58

62,50 62,93 61,21 63,79 62,07

[Nguồn: Ngô Văn Đông, 2002]

Bảng 2.5 Khả năng chuyển hóa phân bò của trùn cơm

Trước chuyển hoá Sau chuyển hoá

0,473 0,494 0,485 0,486 0,469

6,61 6,54 6,58 6,55 6,66

5,51 5,45 5,48 5,46 5,55

64,07 63,37 63,72 63,49 64,53

[Nguồn: Ngô Văn Đông, 2002]

Bảng 2.6 Khả năng chuyển hóa của trùn hổ

0,057 0,060 0,024 0,014 0,054

6,89 6,84 7,25 7,48 6,97

6,26 6,22 6,59 6,80 6,34

72,76 72,37 76,58 79,08 73,68

[Nguồn: Ngô Văn Đông, 2002]

Bảng 2.4, 2.5 và 2.6 cho thấy tỷ lệ phân hữu cơ trung bình còn lại sau chuyển hoá của trùn hổ đạt 74,89% cao hơn nhiều so với trùn cơm là 63,84% và trùn quế (62,5%) Như vậy khả năng chuyển hoá chất thải hữu cơ của trùn quế đạt cao nhất và trọng lượng phân chuyển hoá là nhiều nhất

* Sản phẩm tạo ra

- Phân trùn: Phân trùn là loại phân hữu cơ 100%, có nguồn gốc từ thiên nhiên nhưng

rất giàu dinh dưỡng Phân trùn chứa đựng một hỗn hợp vi sinh có hoạt tính cao, là chất xúc tác sinh học, phần cặn bã của cây trồng và phân động vật cũng như kén trùn rất giàu chất dinh dưỡng, dễ hòa tan trong nước, chứa hơn 50% chất mùn Do đó phân trùn không chỉ kích thích tăng trưởng cây trồng mà còn tăng khả năng cải tạo đất và còn có thể ngăn ngừa các bệnh về rễ Ngoài ra phân trùn còn chứa các khoáng chất cho cây