Nghiên cứu quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý nhanh nguồn phế thải chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học

Nghiên cứu quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý nhanh nguồn phế thải chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học Nghiên cứu quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý nhanh nguồn phế thải chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Nghiªn cøu quy tr×nh s¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt

xö lý nhanh nguån phÕ th¶i ch¨n nu«i lµm

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu thuộc Bộ môn Vi sinh vật - Viện Thổ nhưỡng Nông hóa Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong bản luận văn này

Hà Nội, tháng 10 năm 2006

Tác giả

Lương Hữu Thành

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Khuất Hữu Thanh, giảng viên chính, Viện Công nghệ Sinh học & Thực phẩm - Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình hướng dẫn tôi thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Phạm Văn Toản, Trưởng bộ môn Vi sinh vật, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa cùng toàn thể anh chị em cán bộ công nhân viên trong Bộ môn Vi sinh vật đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp

đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin cảm ơn Trung tâm Đào tạo Sau đại học - Đại học Bách khoa Hà Nội cùng toàn thể các thầy cô giáo đã tận tình giúp đỡ, dạy bảo trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, khuyến khích, giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài

Hà Nội, tháng 9 năm 2006

Lương Hữu Thành

CFU colony forming unit

chương I: Tổng quan Tài liệu 4

2.1 Giới thiệu chung về tình hình chăn nuôi tại Việt Nam 4

2.1.1 Vai trò của chăn nuôi trong nền kinh tế quốc dân 4

2.1.2 Thực trạng chăn nuôi và các vấn đề về phế thải chăn nuôi 6

2.1.2.2 Phế thải chăn nuôi và ảnh hưởng của nó đến môi trường sinh thái 7

2.1.2.3 Một số vi sinh vật gây bệnh nguy hiểm đối với vật nuôi 10

2.1.2.4 Tình hình sử dụng phế thải chăn nuôi trong sản xuất nông nghiệp 15

2.2.1 Vai trò của vi sinh vật trong chuyển hóa hợp chất hữu cơ 18

2.2.2 Kỹ thuật xử lý nhanh phế thải chăn nuôi 23

3.1.2 Nguyên liệu và chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu 27

3.2.2.1 K iểm tra mật độ vi khuẩn tổng số 34

3.2.3 Phương pháp xác định hoạt tính phân giải xenluloza 36

3.2.4 Phương pháp xác định hoạt tính phân giải tinh bột 37

3.2.5 Phương pháp xác định hoạt độ proteinaza với cơ chất cazein 37

3.2.6 Phương pháp xác định khả năng phân giải photphat hữu cơ 38

3.2.7 Phương pháp xác định tên vi sinh vật bằng kỹ thuật phân tử 38

3.2.10 Phương pháp đánh giá độ chín và độ an toàn của phân ủ 40

4.1 Lựa chọn bộ chủng vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ 42

4.1.1 Hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật 42

4.1.2 Khả năng tổ hợp của các chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu 45

4.2 Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt ph©n gi¶i c¸c hîp

4.3 S¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt ph©n gi¶i hîp chÊt h÷u c¬ 61

4.4.Nghiªn cøu sö dông chÕ phÈm vi sinh vËt trong xö lý phÕ th¶i ch¨n nu«i

63

4.4.2 HiÖu qu¶ cña chÕ phÈm trong xö lý phÕ th¶i ch¨n nu«i 65

Mở đầu

Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi Việt Nam ngày càng được chú trọng, có tốc độ phát triển cao và góp phần quan trọng trong phát triển chung của toàn ngành nông nghiệp Với giá trị sản xuất đạt mức tăng trưởng bình quân hàng năm khoảng 5,4%, năm 2005 giá trị sản phẩm ngành đạt 137114,5 tỷ đồng, chiếm một tỷ trọng đáng kể trong toàn ngành nông nghiệp

Những chính sách phát triển kinh tế, xã hội trong thời kỳ đổi mới đã khuyến khích các doanh nghiệp tư nhân, các hộ cá thể mạnh dạn đầu tư để phát triển chăn nuôi thành một ngành sản xuất hàng hoá Mô hình chăn nuôi trang trại tập trung quy mô vừa và nhỏ đang được nhân rộng trên cả nước, đáp ứng phần lớn nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Tuy nhiên, do chỉ tập trung đầu tư để nâng cao năng suất và chất lượng vật nuôi nên vấn đề kiểm soát lượng phế thải thải ra trong quá trình chăn nuôi chưa được quan tâm đúng mức Đây là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí, ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng

Thành phần của phế thải chăn nuôi gia súc gồm phần lớn các hợp chất hữu cơ giàu cacbon và các sản phẩm sau quá trình phân huỷ Quá trình chuyển hoá của các hợp chất hữu cơ trong phế thải chủ yếu dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật trong tự nhiên, quá trình phân huỷ này thường kéo dài khoảng 4-6 tháng Hiện nay, có rất nhiều biện pháp xử lý phế thải chăn nuôi như chôn lấp hoặc ủ

đánh đống, sinh học v.v trong đó, xử lý phế thải chăn nuôi theo phương pháp sinh học không những đạt hiệu quả cao, rút ngắn thời gian ủ, hạn chế ô nhiễm môi trường mà sản phẩm tạo thành sau khi xử lý còn có thể sử dụng như nguồn phân bón có chất lượng Biện pháp sinh học chủ yếu dựa trên hoạt động của vi sinh vật trong quá trình ủ, thông qua hoạt động sống của chúng, các hợp chất hữu

cơ phức tạp trong phế thải được chuyển hoá thành đơn giản mà cây trồng có thể hấp thụ được Việc nghiên cứu, tuyển chọn những chủng vi sinh vật có khả năng thích nghi, sinh trưởng tốt, hoạt tính sinh học cao, thân thiện với môi trường nhằm mục đích phân giải nhanh các hợp chất hữu cơ, nâng cao hiệu quả xử lý phế thải chăn nuôi luôn thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trong và

ngoài nước Với mục đích trên, chúng tôi triển khai đề tài: Nghiên cứu quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý nhanh nguồn phế thải chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học

- Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu sản xuất và sử dụng chế phẩm vi sinh vật

trong xử lý nhanh nguồn phế thải chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học

- ý nghĩa khoa học của đề tài:

+ Đóng góp vào lý luận và thực tiễn về khả năng sử dụng vi sinh vật như một tác nhân sinh học phân hủy hợp chất hữu cơ giàu hợp chất cacbon

+ Định hướng cho việc nghiên cứu phát triển các sản phẩm chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nhanh phế thải chăn nuôi nói riêng và môi trường nói chung

- Nội dung nghiên cứu:

+ Lựa chọn chủng vi sinh vật có khả năng phân giải nhanh các hợp chất hữu cơ giàu cacbon

+ Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ

+ Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm trong xử lý nhanh phế thải chăn nuôi lợn và bò

+ Kiểm tra, xác định độ an toàn của sản phẩm sau khi xử lý

- Đối tượng, phạm vi và địa điểm nghiên cứu:

+ Đối tượng nghiên cứu: Các chủng vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ giàu hợp chất cacbon và phế thải chăn nuôi (lợn, bò)

+ Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm, nhà lưới

+ Địa điểm nghiên cứu: Bộ môn vi sinh vật, Viện Thổ nhưỡng nông hóa

chương I: Tổng quan Tài liệu 2.1 Giới thiệu chung về tình hình chăn nuôi tại Việt Nam

2.1.1 Vai trò của chăn nuôi trong nền kinh tế quốc dân

Chăn nuôi luôn chiếm một vị trí quan trọng trong hệ thống sản xuất nông nghiệp Trong 10 năm gần đây, ngành chăn nuôi ở Việt Nam đã phát triển có

định hướng, coi trọng phát triển và sản xuất sản phẩm gia súc, gia cầm có nhu cầu tiêu thụ lớn, đáp ứng tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Giá trị sản xuất của ngành chăn nuôi đạt mức tăng trưởng khá vào khoảng 5,4% bình quân hàng năm, trong khi đó tổng giá trị sản xuất của toàn ngành nông nghiệp chỉ đạt mức tăng trưởng bình quân 4,5% hàng năm Kể từ năm 1995 đến năm 2005, đàn gia súc nước ta không ngừng tăng lên Số liệu về giá trị sản phẩm chăn nuôi và số lượng gia súc, gia cầm giai đoạn 1995-2005 được trình bày trong bảng 1, 2 [3,28]

Bảng 1: Số lượng gia súc, gia cầm giai đoạn 1990 - 2005

Năm

Loại vật nuôi (1000 con)

Trâu Bò Lợn Dê, cừu Gia cầm

Bảng số liệu 1 cho thấy đàn gia súc, gia cầm của nước ta tăng liên tục theo các năm với tốc độ cao, trung bình từ năm 1995 - 2005 là:

Tỷ trọng trong nông nghiệp(%)

Chỉ số phát triển (%)

con nhưng đến năm 2005 giảm xuống còn 2922,2 nghìn con Số lượng đầu ngựa năm 1995 là 126,8 nghìn con, đến năm 2005 giảm xuống còn 110,8 nghìn con Trong khi đó số lượng đầu lợn, bò, dê cừu tăng nhanh, số lượng đầu lợn năm

1995 là 16306,4 nghìn con đến năm 2005 đạt 27435,0 nghìn con, số lượng đầu

bò năm 1995 là 3638,9 nghìn con năm 2005 đạt 5540,7 nghìn con, số liệu bảng 2 cũng cho thấy mặc dù ngành chăn nuôi Việt Nam đang gặp những khó khăn nhưng giá trị sản phẩm năm 2005 vẫn đạt 137114,9 tỷ đồng tăng 3,2% so với năm trước, điều này cho thấy ngành chăn nuôi Việt Nam đã tập trung sản xuất những sản phẩm hàng hoá phục vụ nhu cầu của thị trường tiêu dùng nội địa và xuất khẩu theo đúng định hướng phát triển nông nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006-2010: Phát triển đàn lợn phù hợp theo nhu cầu thị trường tiêu dùng trong nước, một số vùng nuôi lợn chất lượng cao để xuất khẩu, phát triển đàn bò thịt theo hướng bò Zêbu có năng suất cao, phấn đấu trong 10 năm tới có 200.000 conm bò sữa, trong đó có 100.000 con bò cái vắt sữa với sản lượng 3000.000 tấn sữa tươi/ năm Phát triển đàn gia cầm chủ yếu là gà, vịt [28, 40]

Trong giai đoạn hiện nay, ngành chăn nuôi nước ta đã và đang phát triển theo hướng trang trại tập trung quy mô, hàng trăm nhà máy chế biến thức ăn, xí nghiệp giết mổ đã được thành lập, tạo công ăn việc làm cho nhiều người lao

động, đóng góp một phần đáng kể cho ngân sách quốc gia [22]

2.1.2 Thực trạng chăn nuôi và các vấn đề về phế thải chăn nuôi

2.1.2.1 Thực trạng chăn nuôi ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, do tác động của cơ chế thị trường và bùng phát một số đại dịch bệnh như cúm gia cầm, lở mồm long móng ngành chăn nuôi Việt Nam đã và đang đứng trước những thách thức mới Theo số liệu của Tổng cục thống kê, ảnh hưởng của dịch cúm gia cầm H5N1 đã làm số lượng đầu gia

cầm năm 2003 là 254,6 triệu con đã giảm nhanh xuống còn 219,9 triệu con năm

2005, gây thiệt hại đáng kể cho người sản xuất nói riêng và ngành nông nghiệp nói chung Theo Cục Chăn nuôi, mặc dù dịch cúm gia cầm đã được khống chế nhưng nguy cơ bùng phát dịch lại rất lớn, dịch lở mồm long móng bước đầu đã

được kiểm soát, công tác tiêm phòng gia súc được đẩy mạnh Tuy nhiên công tác kiểm dịch, kiểm soát lưu thông gia súc nhiễm bệnh hiện rất khó khăn, đặc biệt là các tỉnh biên giới Điều này đã làm ảnh hưởng không nhỏ đến tình hình sản xuất chăn nuôi và giết mổ của cả nước, vì vậy chăn nuôi gia súc, gia cầm trong thời gian tới vẫn sẽ gặp nhiều khó khăn và biến động [40]

Mặc dù đứng trước nhiều khó khăn, nhưng với những chính sách và sự hỗ trợ kịp thời của Nhà nước, ngành chăn nuôi ở Việt Nam đang dần khôi phục và trở thành ngành sản xuất hàng hoá có quy mô trong nông nghiệp [40] Phương thức tổ chức sản xuất chăn nuôi hàng hoá quy mô trang trại những năm gần đây ngày càng nhân rộng và phát triển, tính đến hết năm 2005, cả nước có 13651 trang trại chăn nuôi, đã xuất hiện mô hình trang trại tư nhân với quy mô lớn, ứng dụng khoa học kỹ thuật tốt, đạt hiệu quả kinh tế cao [34]

Phát triển chăn nuôi theo quy mô trang trại là hình thức chăn nuôi tập trung số lượng lớn vật nuôi có áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật và các biện pháp quản lý kinh tế chăn nuôi nhằm tìm kiếm một hệ thống sản xuất cho phép thu được lợi nhuận cao nhất một cách lâu dài Sử dụng hoàn toàn thức ăn công nghiệp trong các trang trại chăn nuôi là giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí, sức lao động lại cung cấp đầy đủ cân đối dinh dưỡng và hợp vệ sinh cho vật nuôi sinh trưởng phát triển [17]

2.1.2.2 Phế thải chăn nuôi và ảnh hưởng của nó đến môi trường sinh thái

Khi chăn nuôi ở quy mô nhỏ, phân tán, vấn đề môi trường chưa được đề cập nhiều Chăn nuôi theo hướng trang trại hoặc các làng nghề chăn nuôi mang

tính hàng hóa được hình thành và phát triển thì vấn đề vệ sinh môi trường thu hút

sự quan tâm đặc biệt của các nhà quản lý môi trường [21] Các chất thải từ quá trình chăn nuôi đã gây ra nhiều vấn đề về môi trường, Hartung và Philips phântích và đưa ra mô hình về mối quan hệ giữa chăn nuôi và các yếu tố ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi [2] như sau:

Sơ đồ 1: Mô hình phát tán chất thải chăn nuôi của Hartung và Philips

Mô hình của Hartung và Philips cho thấy phế thải khi thải ra môi trường bao gồm những chất bất lợi cho sức khỏe con người và môi trường xung quanh Phân chuồng, một chất thải có khối lượng lớn do vật nuôi bài tiết trong quá trình sinh sống sẽ gây ô nhiễm không chỉ không khí, đất mà cả nguồn nước ngầm, vì chúng sinh khí độc, chứa các nguyên tố như nitơ, phốt pho, kali, chì, asen, cadimi và các loại mầm bệnh, kí sinh trùng, vi sinh vật gây hại khác như Enterbacteriae, E.Coli, Sallmonella, Streptococcus fecalis Đó là những tác nhân có thể gây hại

Chất bài tiết (phân, nước giải…)

Thức ăn

trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người Khối lượng phân rắn thải ra hàng ngày của mỗi loại vật nuôi [2,38] được trình bày trong bảng 3:

Bảng 3: Ước tính chất thải rắn chăn nuôi trong năm Loại vật

Tổng chất thải rắn/năm (kg)

Số liệu bảng 3 cho thấy một năm đàn gia súc, gia cầm của Việt Nam thải

ra trên 57 triệu tấn chất thải rắn Chất thải này phần lớn được sử dụng làm phân bón hữu cơ Trong số đó, khoảng 50%, được xử lý bằng phương pháp ủ truớc khi bón ruộng, số còn lại sử dụng không qua xử lý Đây là một nguy hiểm đe dọa

đến sự trong sạch của môi trường Ngoài ra theo ước tính mỗi năm đàn gia súc nước ta thải khoảng 25-30 triệu khối chất thải lỏng (nước tiểu, nước rửa chuồng, nước từ sân chơi, bãi vận động, bãi chăn), trong số đó, có khoảng 20% được xử

lý qua hầm Biogas hoặc qua hệ thống xử lý chất thải của các trang trại chăn nuôi Phần còn lại được sử dụng ngay hoặc cho thải trực tiếp ra môi trường đã làm tăng

độ ô nhiễm và hủy hoại môi trường [36]

Khi chăn nuôi còn nhỏ lẻ, phân tán, vấn đề môi trường chưa được chú ý đề cập nhiều nhưng chăn nuôi tập trung theo hướng trang trại phát triển hoặc các

làng nghề chăn nuôi mang tính hàng hoá thì vệ sinh môi trường lại là vấn đề cấp bách cần quan tâm Các tính chất lý, hoá và sinh học của mỗi loại phế thải chăn nuôi rất đa dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn thức ăn, khả năng tiêu hoá của vật nuôi và các yếu tố môi trường [4]

Lượng phế thải khổng lồ hàng ngày vật nuôi thải ra môi trường tồn đọng lại đã ảnh hưởng xấu tới nguồn nước, không khí, đất, các sản phẩm từ vật nuôi Trong phân chứa nhiều nitơ, photpho, kẽm, đồng, chì, asen, niken; các khí độc sinh ra: CO2, H2S, CH4, NH3, N2O; các vi sinh vật gây bệnh [21]

2.1.2.3 Một số vi sinh vật gây bệnh nguy hiểm đối với vật nuôi

Mức độ vệ sinh của nguồn thức ăn, nước uống cho vật nuôi, hệ vi sinh vật

và kí sinh trùng đường ruột, các điều kiện lý, hoá và sinh học ngoài môi trường sống là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần sinh học của phế thải Yếu tố sinh học có ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống, sức khoẻ con người

và vật nuôi là những vi sinh vật và kí sinh trùng gây bệnh

Giun, sán:

Giun, sán kí sinh đa dạng về chủng loại: giun đũa, giun tóc, giun móc, giun kim, sán dây, sán lá, kí sinh thường xuyên trong hệ tiêu hoá của người và

động vật, chúng bám vào thành ruột, hút chất dinh dưỡng từ kí chủ để sinh trưởng

và phát triển, gây suy dinh dưỡng và tổn thương các bộ phận nội tạng như gan, mật cho người và động vật [9]

Trứng giun, sán có đặc điểm, kích thước, hình dạng khác nhau: trứng giun thường có hình bầu dục, hình ôvan, kích thước khoảng từ 50-70 àm Khi bị bài xuất ra môi trường, nếu gặp điều kiện thuận lợi, trứng giun sán nhiễm vào cơ thể người và vật nuôi qua con đường tiêu hoá và tiếp tục kí sinh gây bệnh cho kí chủ Khi gặp điều kiện không thuận lợi: khô nóng (nhiệt độ > 450C) thì trứng giun sán

không phát triển được, dần bị phá huỷ Đặc điểm dễ nhận biết trứng giun sán đã

bị hỏng dưới kính hiển vi là chúng bắt màu toàn bộ khi nhuộm xanh Metylen

Vi khuẩn Salmonella

Salmonella là trực khuẩn gram (-), kích thước trung bình 3x5àm, có nhiều

lông xung quanh, sống hiếu khí không bắt buộc, phát triển tốt ở 370C, trên môi trường nghiên cứu thông thường, pH thích hợp là 7,2 Salmonella có khả năng

hình thành khuẩn lạc trên một số môi trường có chất ức chế đặc biệt (sử dụng để phân lập), ở môi trường dịch thể làm đục nhanh môi trường trong thời gian ngắn nhất [6,37].

Salmonella thuộc họ Enterobacteriaceae có hơn 2000 loài thuộc các nhóm

A, B, C1, D1, E1 Salmonella thường gặp ở các loài động vật, đặc biệt là trâu

bò, ngan, ngỗng, vịt và chuột Vi khuẩn này dễ lây nhiễm vào các sản phẩm thịt, vì vậy nhiễm độc do Salmonella trước đây gọi là nhiễm độc thịt

Nguồn nhiễm Salmonella là từ phân người bệnh (hoặc người đã khỏi bệnh

nhưng còn mang mầm bệnh) và từ động vật (trâu, bò, cừu, dê, lợn, ngựa, chó )

ở động vật vi khuẩn thường gây bệnh khác nhau: Phó thương hàn ở bê, nghé, lợn, thương hàn ở lợn con Nhiều động vật khoẻ mạnh vẫn mang mầm bệnh và điều này rất nguy hiểm với người

Theo một số tài liệu nghiên cứu của Việt Nam thì Salmonella đã gây bệnh

cho một số loài gia súc Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thị Nội và cộng sự năm 1989 [16] cho thấy rằng có 82 – 90% lợn bị ỉa chảy do nhiễm Salmonella

Theo kết quả công bố của Lê Văn Tạo và cộng sự [15] thì có 50% thuộc

S.cholerae suis, 12% S.enteritidis, 6,25% S.typhimurium còn lại là các serotype

khác gây bệnh cho lợn

Đường lây nhiễm chủ yếu của Salmonella là đường tiêu hoá Theo kết quả

công bố của Lowry và Bate thì có 42 trường hợp bị nhiễm độc do Salmonella

trong tổng số các trưòng hợp bị ngộ độc thịt Bệnh thương hàn ở người chủ yêu

do ăn phải thịt nhiễm Salmonella Các triệu chứng như sốt, nôn, đau bụng, ỉa chảy và có thể bị viêm dạ dàyxuất hiện sau khi ăn thức ăn bị nhiễm Salmonella

trong khoảng từ 12 đến 24 giờ [51] Cũng theo Lowry và Bates [46] thì một lượng nhỏ vi khuẩn Salmonella thuộc các serotype S.typhi, S.paratyphi A và B có

mặt trong thực phẩm cũng đủ để phản ánh tình trạng kém vệ sinh trong quá trình giết mổ

Salmonella là vi khuẩn nguy hiểm đối với sức khoẻ con người nên yêu cầu

tất cả các loại phẩm không được có loại vi khuẩn này trong 25g mẫu thực phẩm theo tiêu chuẩn của WHO [49], theo tiêu chuẩn Việt Nam [29] Salmonella không

được có mặt trong thực phẩm

V i khuẩn E.coli

Vi khuẩn Escherichia coli luôn luôn có mặt trong phân tươi nên được coi là vi

khuẩn chỉ thị về độ sạch, độ nhiễm phân của nước Để đánh giá độ sạch của nước người ta dùng chỉ số coliform [6,12,37]

Vi khuẩn E.coli sản sinh hai loại độc tố: Độc tố chịu nhiệt và độc tố không

chịu nhiệt Những chủng có khả năng sản sinh độc tố này là nguyên nhân gây bệnh ỉa chảy ở người [62] Những serotype có khả năng gây ngộ độc thức ăn như: 026, 056, 086, 0111, 0119, 0125, 0127, 0157:H7 [23]

E.coli được coi như nhân tố chỉ điểm tình trạng vệ sinh của thực phẩm

Theo ICMSF-Uỷ ban quốc tế chuyên về thực phẩm có chứa vi khuẩn thì sự có mặt và số lượng của vi khuẩn E.coli trong thực phẩm có thể không liên quan trực

tiếp đến sự có mặt của vi khuẩn gây bệnh, nhưng nếu chúng có mặt với số lượng

lớn thì có nguy cơ nhiễm vi khuẩn gây bệnh càng nhiều Vì vậy đối với thực phẩm tươi sống, nhất là sản phẩm động vật, bắt buộc phải xác định tổng số

E.coli Đây là một tiêu chuẩn cần thiết để đánh giá tình trạng vệ sinh an toàn thực

Theo báo cáo tại Hội nghị tổng kết 2 năm phòng chống dịch cúm gia cầm diễn ra tại Hà Nội vào ngày 18/4, dịch cúm đầu năm 2004 đã làm giảm 0,5% tăng trưởng GDP quốc gia, tuơng đương trên 3000 tỷ đồng Nhiều hộ, trang trại, doanh nghiệp chăn nuôi gia cầm lâm vào cảnh mất trắng Một số vùng tuy không

có dịch nhưng việc duy trì đàn gia cầm rất khó khăn, đặc biệt đối với những cơ

sở chăn nuôi tập trung, quy mô lớn, do không tiêu thụ được gia cầm, sản phẩm gia cầm [14]

Cúm gà không chỉ gây thiệt hại về vật chất, mà nguy hiểm hơn là đe doạ sức khoẻ con người Theo báo cáo của Bộ Y tế, dịch cúm gia cầm đã kéo theo sự xuất hiện của cúm A phân tuýp H5N1 trên người Kể từ truờng hợp mắc bệnh

đầu tiên đến nay, 3 đợt dịch xảy ra với 71 trường hợp mắc bệnh tại 26 tỉnh thành trên cả nước trong đó có 36 trường hợp đã tử vong Gần 73% trường hợp mắc bệnh có liên quan đến cúm gia cầm bị bệnh và 52% do ăn thịt và làm thịt gia cầm

bệnh Bộ y tế nhận định, dịch cúm gia cầm đã lặp đi lặp lại, hiện tại mầm bệnh trong gia cầm là khá phổ biến Đã có biểu hiện người lành mang virus, không có triệu chứng lâm sàng làm cho virus lây lan nhanh trong cộng đồng, không bị phát hiện là rất lớn [14]

Mặc dù đợt dịch cuối năm 2004-2005 thiệt hại trực tiếp không lớn song thiệt hại gián tiếp vẫn đáng kể do ảnh hưởng đến việc tiêu thụ, sản xuất và chăn nuôi gia cầm Ước tính, ngành chăn nuôi đã mất thêm 500 tỷ đồng Qua 3 đợt dịch, tổng số đàn gia cầm bị chết, tiêu huỷ khoảng 46,6 triệu con [40]

Virut gây bệnh lở mồm long móng

Bệnh lở mồm long móng gây ra bởi một loại virut nhỏ nhất trong các virut qua lọc, thuộc họ Picornaviridae, nhóm Aphtovirut, nhân virut là ARN,

capsomer có 4 loại protein ( VP1, VP2 , VP3, VP4), trong đó VP1 có vai trò quan trọng nhất trong việc gây bệnh cũng như là loại kháng nguyên chính tạo ra kháng thể chống lại bệnh lở mồm long móng Cấu trúc hình cầu của các hạt virut ngoài việc giữ tính ổn định và bảo vệ vật liệu di truyền với những tác nhân

có hại của môi trường còn có khả năng gây tác dụng phụ khi xâm nhập tế bào

Có 2 loại hạt virut là hạt lớn và hạt nhỏ, đặc tính gây nhiễm và gây miễn dịch liên quan đến các hạt lớn [11]

Virut lở mồm long móng là virut không có vỏ bọc do vậy chúng có sức đề kháng cao với các dung môi hữu cơ như cồn, ete Virut lở mồm long móng sản sinh trong tế bào chất của tế bào, có tính hướng thượng bì và hướng cơ [11]

ở Việt Nam, bệnh lở mồm long móng được phát hiện lần đầu tiên ở Nha Trang năm 1898, dịch phát ra lẻ tẻ ở một số các địa phương trong cả nước vào các thời kỳ: 1920 – 1922 bệnh phát ra ở Bắc, Trung, Nam bộ Từ năm 1954, bệnh vẫn xảy ra ở nhiều tỉnh miền Nam Bệnh ít thấy ở miền Trung mà thường xảy ra ở các tỉnh biên giới giáp với Campuchia rồi do vận chuyển động vật, sản

phẩm động vật mà bệnh tiến vào sau trong một số địa phương thuộc lãnh thổ nước ta Năm 1969, bênh phát nặng cả ở trâu bò, lợn từ Sài Gòn rồi lan ra các tỉnh [24]

Cuối năm 1992 đến đâu năm 1993, sau một thời gian dài miền Bắc không

có bệnh lở mồm long móng, bệnh lở mồm long móng đột nhiên bùng phát ra ở 4 tỉnh thuộc khu 4 cũ và bệnh còn kéo dài đến năm 1994 [7]

Năm 1995, bệnh lại phát mạnh, rộng khắp 26 tỉnh, thành phố phía nam; riêng vùng khu 4 cũ bệnh phát ra lẻ tẻ Đặc biệt từ giữa tháng 6/1999 bệnh lở mồm long móng gia súc đã bùng phát ở Cao Bằng, sau đó xảy ra ở một số tỉnh thuộc các vùng trong cả nước, tính đến 31/12/1999 đã có 55 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương có trâu bò mắc bệnh với số lượng trâu bò mắc bệnh lên tới 112.579 con; trong đó 52 tỉnh có lợn mắc bệnh với tổng số lợn mắc bệnh là 25.820 con [5]

Theo số liệu của bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn cho biết tính đến ngày 8/5/2006 dịch lở mồm long móng ở gia súc đang lan ra 17 tỉnh thành phố toàn quốc kể cả thủ đô Hà Nội Nơi dịch bệnh hoành hành nặng nề nhất là vùng Tây Nguyên với Lâm Đồng là trọng điểm, Gia Lai, Kon tum và Đăklăk đều có dịch [40]

2.1.2.4 Tình hình sử dụng phế thải chăn nuôi trong sản xuất nông nghiệp

Dinh dưỡng trong phân chuồng tươi chủ yếu nằm dưới dạng các hợp chất hữu cơ cây trồng khó có thể hấp thụ được ở nhiều nơi nông dân Việt Nam đã có kinh nghiệm xử lý phân chuồng trước khi đưa ra bón trực tiếp cho cây trồng Để tăng khả năng sử dụng nhanh các chất dinh dưỡng cần thiết phải được chế biến

để chuyển hoá các chất hữu cơ phân tử lớn thành các chất vô cơ phân tử nhỏ hơn

và các chất khoáng dễ tiêu Hiện tại việc chế biến phân chuồng chủ yếu là áp dụng biện pháp ủ phân Nguyên lý của quá trình ủ phân chuồng là dưới tác động của các vi sinh vật háo khí và yếm khí, cấc chất hữu cơ phân tử lớn sẽ chuyển

thành chất hữu cơ phân tử nhỏ và nhờ vậy các chất khoáng khó tiêu chuyển thành

Ngoài ra trong phân gia súc, gia cầm còn chứa các yếu tố vi lượng với lượng như sau:

Bảng 5: Hiệu quả của phân hữu cơ đến năng suất lúa

Bảng 6: Hiệu quả của phân hữu cơ sinh học đối với lúa [44]

Tên quốc gia Mức tăng năng suất (%)

ấn Độ 9,9

Trong công trình nghiên cứu của mình V Porphyre và Nguyễn Quế Côi

đã nhìn nhận phế thải chăn nuôi là sản phẩm của chăn nuôi Trên thực tế, người nông dân không những biết cách sử dụng nguồn phế thải chăn nuôi làm phân bón cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn sử dụng nó như một nguồn thức ăn trong nuôi trồng thuỷ sản Tuỳ theo mục đích sử dụng mà người nông dân sử dụng phế thải chăn nuôi ở dạng này hay dạng khác

Trực tiếp: sử dụng phế thải chăn nuôi dạng rắn đã qua xử lý như nguồn thức ăn cho thuỷ sản

Gián tiếp: Sử dụng phế thải rắn và lỏng chưa qua chế biến để những loài thuỷ sinh có thể dễ dàng hấp thụ, qua đó độ phì của ao được cải thiện [35]

Cũng trong các kết quả nghiên cứu của mình, V Porphyre và Nguyễn Quế Côi cho thấy có đến 77% hộ nuôi cá tại Thái Bình sử dụng phế thải chăn nuôi làm thức ăn nuôi trồng thuỷ sản và thu được kết quả tốt [35]

2.2 Kỹ thuật xử lý nhanh phế thải chăn nuôi

2.2.1 Vai trò của vi sinh vật trong chuyển hóa hợp chất hữu cơ

Vào những năm giữa thế kỷ XX, các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh được vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên

đối với các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ Trong tự nhiên vi sinh vật

được phân bố rộng rãi trong đất, nước và không khí và trên cơ thể động thực vật Ngoài một số ít gây bệnh cho người và động thực vật, hầu hết vi sinh vật đều tham gia và đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá vật chất và nhờ

có sự tham gia của chúng vào quá trình phân giải các chất mà chuỗi thức ăn và lưới năng lượng luôn được duy trì ở trạng thái cân bằng [2,56,61]

Quá trình đồng hoá của vật nuôi đã phân giải hầu hết các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn mà cơ thể có thể hấp thụ được Tuy nhiên, phế thải khi thải ra môi trường chứa rất nhiều những hợp chất hữu cơ chưa được chuyển hoá bởi các hệ enzym trong đường ruột của động vật Các hợp chất hữu cơ chiếm khoảng 15-17%, chủ yếu là hợp chất cacbon cao phân tử như: xelluloza, hemixelluloza, pectin, tinh bột và một phần protid, lipid [45] Trong môi trường tự nhiên các hợp chất này tiếp tục bị phân giải bởi hệ enzym của vi sinh vật trong môi trường đất, nước, không khí xung quanh để tạo thành các chất vô cơ, hữu cơ đơn giản hơn, trở nên ổn định về thành phần (mùn) Lượng mùn này khi được cung cấp cho đất trồng có tác dụng cải tạo đất, tăng khả năng giữ nước, giữ phân, làm tơi xốp đất, tạo điều kiện sống thích hợp cho hệ vi sinh vật

có ích [13,50,45]

Vi sinh vật không trực tiếp phân huỷ các hợp chất hữu cơ mà chúng chỉ tham gia chuyển hóa hợp chất hữu cơ thành những chất đơn giản như đường, amino acid, mỡ nhờ các enzym ngoại bào Quá trình phân giải có thể được thông qua 3 con đường sau:

- Hợp chất cácbon tự nhiên thành đường đơn thông qua phân huỷ hoàn toàn

- Mỡ thành đường đơn và axit béo

- Protein thành amôn hoặc nitrat

2.2.1.1 Vi sinh vật chuyển hóa hợp chất hydrat cacbon

Chu trình chuyển hóa hydratcacbon được chuyển hóa thông qua hàng loạt các phản ứng hóa học Xúc tác cho mỗi phản ứng hóa học là một loại enzym có tính đặc hiệu Hydrat cacbon tồn tại chủ yếu ở thực vật, chiếm từ 80-90% ở hai dạng tinh bột và xenluloza [38,43]

Vi sinh vật chuyển hóa xenluloza

Vi sinh vật có khả năng phân giải xenluloza là những vi sinh vật có khả năng tổng hợp được hệ enzym xellulaza Hệ enzym xellulaza gồm bốn enzym khác nhau [52,57]

Xellobiohydrolaza : tác dụng cắt đứt liên kết hydro làm biến dạng xenluloza tự nhiên, phân giải vùng kết tinh tạo dạng cấu trúc vô định hình

Endoglucanaza : có khả năng cắt đứt các liên kết β 1-4 glucozit bên trong phân tử tạo thành những chuỗi dài

Exo- gluconaza: tiến hành phân giải các chuỗi dài trên thành các disacarit gọi là xellobioza

β-gluconaza: tiến hành thuỷ phân xellobioza thành glucoza

Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenluloza nhờ hệ enzym xellulaza ngoại bào [48,58,59]:

Nấm mốc: Aspergillus, Fusarium, Mucor, Tricoderma Các loài nấm mốc

này đều có cấu tạo dạng hệ sợi, sinh sản chủ yếu bằng bào tử Chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ 25-300C và pH=6,5-7,0, chúng có khả năng phân giải xenluloza mạnh nhất vì chúng có khả năng sinh tổng hợp enzym rất cao

Vi khuẩn: Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xenluloza tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm Nguyên nhân là do lượng enzym tiết

ra môi trường ít hơn , thành phần lại không đầy đủ ở trong đất có rất ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đủ bốn loại enzym trong hệ enzym xellulaza mà thường thì nhóm này thì tiết ra một loại còn nhóm kia thì tiết ra loại khác, chúng phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ tương hỗ:

Pseudomonas, Xellulomonas, Achromonobacter, Clostridium, Ruminococus

Xạ khuẩn: Góp phần tích cực trong chuyển hoá xenluloza Các chủng xạ khuẩn được ứng dụng phổ biến hiện nay thuộc chi Streptomycin Các chủng xạ

khuẩn này thuộc nhóm ưa nóng sinh trưởng phát triển tốt ở nhiệt độ 45-50 0C rất

thích hợp cho các quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ Một số nấm men cũng

có khả năng sinh enzym phân huỷ xenluloza: Candida, Saccharomyces…

Vi sinh vật chuyển hóa hemi- xenluloza

Khi nghiên cứu hemi- xenluloza, người ta thấy chúng giống với xenluloza

về cấu tạo, liên kết hoá học và cấu trúc đại phân tử Nhiều tác giả cho rằng, hemi- xenlulaza có tính chất tương đồng với xenluloza về cơ chế tác động, tính chất cảm ứng tổng hợp Tuy nhiên, giữa hemixenlulaza và xenluloza cũng có nhiền sự khác biệt Hemixenluloza có khối lượng phân tử nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản và kém bền vững hơn [37,43]

Tuy không được nghiên cứu nhiều nhưng các nhà khoa học đã chứng minh: Đa số vi sinh vật có khả năng tổng hợp xenluloza cũng có khả năng tổng hợp xynalaza để phân huỷ xylan Khả năng này thường thấy ở vi sinh vật sống trong dạ cỏ như: Bacillus, Bacteriodes, Butyvibrio, Ruminococus và các vi khuẩn

chi Clostridium Ngoài ra, một số loài nấm sợi như: Mycotheciumverrucria, Chactomium, Stachybtrys một số loài nấm xốp trắng cũng có khả năng phân giải

như: Corrodusversicolor, Polyrus anceps, Phanerochaete, aspergillus fumigatus

Và nhóm xạ khuẩn gồm: Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus [45,59]

Vi sinh vật chuyển hóa tinh bột

Tinh bột là polysacarit bao gồm hai cấu tử là amiloza và amilopectin Amiloza

là những chuỗi không phân nhánh bao gồm các đơn phân glucoza liên kết với nhau bằng liên kết 1-4glucozit Amilopectin là chuỗi phân nhánh các đơn phân glucoza gắn với nhau không chỉ nhờ liên kết 1,4-glucotit mà còn nhờ liên kết 1,6-glucozit [37,43]

Vi sinh vật phân giải tinh bột phải có khả năng tiết ra môi trường hệ enzymamylaza gồm 4 enzym: α-amilaza, β-amilaza, phosphorilaza, amiloglucodaza (glucoamilaza)

Một số loài vi sinh vật có khả năng sinh enzym phân giải tinh bột như:

Candida, Saccharomyces, Endomycopsis, Bac.subtilis, Clostridium, Pseudomonas [59]

2.2.1.2 Vi sinh vật chuyển hóa Protein

Protein có cấu trúc rất phức tạp, đơn vị cơ bản tham gia vào cấu tạo Protein

là các axitamin, chúng liên kết với nhau nhờ liên kết peptid (-CO-NH-) Nhóm vi sinh vật phân huỷ protein có khả năng sinh tổng hợp các enzym proteasa, peptidaza để phân giải protein thành chuỗi polipeptid và oligopeptid, sau đó tạo thành các acid amin Một phần của acid amin được vi sinh vật hấp thụ, một phần còn lại thông qua quá trình khử amin tạo thành NH3 [37,43]

Vi sinh vật có khả năng sinh enzym phân huỷ protein như

+ Các chủng vi khuẩn: Bacillus mycoides, Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorences, Achromobacter, Clostridium sporogenes…Xạ khuẩn: Steptomyces rimosus, Strep Griseus + Nấm sợi: Aspergilus oryza, Asp niger, Penicilium camemberti [59]

2.2.1.3 Vi sinh vật chuyển hóa lipid

Lipid (chất béo) là nhóm hợp chất hữu cơ tự nhiên, rất phổ biến trong tế bào thực vật và động vật Nó là este của axit béo và rượu đơn, đa chức Enzym

đặc trưng cho phản ứng phân giải lipid là Lipaza (triaxylglixerollipaza 3 1 1 3)

Nó xúc tác cho phản ứng thủy phân tri-axylglixerol (dầu thực vật, mỡ động vật) tạo thành các axit béo tự do và glixerol bằng cách cắt đứt lần lượt từng liên kết este [41]

Vi sinh vật có khả năng phân giải lipid: Pseudomonas, Achromobacte, Actinomyces [59]

2.2.2 Kỹ thuật xử lý nhanh phế thải chăn nuôi

Trong nông nghiệp, người nông dân đã biết sử dụng phân ủ (compost) sản xuất từ phế thải chăn nuôi phục vụ cho sản xuất trồng trọt, nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng và cải tạo độ phì nhiêu của đất Thông thường để phế thải chăn nuôi hoai mục hoàn toàn đòi hỏi thời gian ủ từ 4– 6 tháng

Trước năm 1970, công ty Groeikraga Organic Fertilizea ở Nam Phi đã sản xuất phân ủ (compost) từ nguồn nguyên liệu là phân chim và amoni carbonat Năm 1982, Công ty Dickerson Composting Plant ở Mỹ đã sản xuất 100.000 tấn compost trị giá 7.000.000 USD Theo T.C Juang, từ năm 1986 ở Đài Loan đã phát triển sản xuất compost Hàng chục loại compost được tung ra thị trường phục vụ cho sản xuất thuốc lá, chè, ngô Cũng như Đài Loan, các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Malaysia, Philippin, Indonesia đã sản xuất và sử dụng compost rộng rãi cho nhiều loại cây trồng: cọ dầu, cao su, mía, lúa Tại ấn Độ sản lượng phân hữu cơ từ các nguồn phế thải khác nhau là 1750 triệu tấn đạt giá trị hàng hoá 536 triệu USD Tại Thái Lan số lượng phân hữu cơ do các cơ sở nhà nước sản xuất là 24.000 tấn cùng với 100.000 tấn do các công ty tư nhân sản xuất [25]

Tại Việt Nam, trong khuôn khổ dự án sản xuất thử nghiệm KC 04 - DA11, năm 2005 Bộ môn Vi sinh vật - Viện Thổ nhưỡg Nông hóa đã sản xuất thử nghiềm thành công 2500 kg chế phẩm Compost Maker phục vụ cho sản xuất hàng nghìn tấn phân bón hữu cơ sinh học từ nguồn phế thải chăn nuôi [27]

Lipaza

Để rút ngắn thời gian ủ cũng như hạn chế tối đa các ảnh hưởng không có lợi của quá trình chế biến phân ủ đến môi trường, kỹ thuật ủ nhanh (Rapid Composting) đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại ấn Độ, Mỹ, Canada trong đó ngoài các yếu tố cân bằng tỷ lệ C/N, điều khiển nhiệt độ, độ thông khí của khối ủ, các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến vai trò của vi sinh vật khởi động (microbial activator) và vi sinh vật làm giàu dinh dưỡng phân ủ Với kỹ thuật ủ nhanh, phế thải chăn nuôi được xử lý thành phân bón hữu cơ chỉ trong thời gian 2-3 tuần

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ủ:

Độ ẩm

Nước là một yếu tố rất cần thiết cho quá trình chuyển hóa của vi sinh vật, Nếu độ ẩm của nguyên liệu quá khô, quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ sẽ diễn ra chậm, nếu độ ẩm quá cao, trong đống ủ sẽ xảy ra quá trình phân giải yếm khí Nên điều chỉnh độ ẩm ban đầu từ 50-60%, sản phẩm sau quá trình ủ sẽ đạt khoảng 30% [44]

Nhiệt độ

Quá trình ủ compost luôn gắn liền với việc giải phóng năng lượng Nhiệt

độ đống ủ tăng nhanh hay chậm phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và sự hoạt

động của vi sinh vật Nhiệt độ phù hợp nhất cho quá trình ủ được nghiên cứu xác

định khoảng 550C Nhiệt độ tăng lên quá 600C quần thể vi sinh vật trong đống ủ

sẽ giảm mạnh Với nhiệt độ trên 700C độ hoạt động của vi sinh vật sẽ giảm 15% so với nhiệt độ 600C ở nhiệt độ 75-820C người ta không còn xác định được hoạt động nào của vi sinh vật [44]

10-Giá trị pH

Khoảng pH thích hợp cho quá trình ủ compost rất rộng, tuy nhiên đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu cho thấy giá trị pH trong quá trình ủ compost không nên cao hơn 8, pH cao là nguyên nhân làm bay hơi khí NH3 dẫn đến tình trạng thất thoát đạm ra không khí [54].

Kích cỡ nguyên liệu, nồng độ oxy và quá trình sục khí

Oxy rất cần thiết cho các vi sinh vật hiếu khí Để đảm bảo oxy cung cấp cho vi sinh vật, thể tích khí trong đống ủ phải đạt khoảng 20-30% Điều này phụ thuộc vào tính chất vật lý của nguồn nguyên liệu, khoảng cách giữa các đơn vị nguyên liệu với nhau và áp suất khí trao đổi Kích cỡ nguyên liệu nhỏ có tác dụng làm tăng khả năng phân giải của vi sinh vật song lại hạn chế lưu lượng khí trao đổi, vì vậy phải cân đối sao cho hai yếu tố này không đối nghịch nhau cung cấp khí trong quá trình ủ có tác dụng ổn định nhiệt độ khối ủ và làm khô nguyên liệu đồng thời tăng cường oxy cho vi sinh vật hoạt động Lượng khí cần thiết

được xác định khoảng 2,5 l/1g nguyên liệu khô [54]

Thành phần dinh dưỡng

Vi sinh vật có nhu cầu sử dụng C, N, P, K như những nguồn dinh dưỡng cơ bản Tỷ lệ C/N tốt nhất là từ 25:1 đến 30:1 Nếu tỷ lệ cao hơn 40:1 sẽ hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, làm cho quá trình ủ bị kéo dài Nếu tỷ lệ C/N thấp hơn 20:1 sẽ dẫn đến sự bay hơi đạm trong quá trình ủ Tỷ lệ tốt nhất khi kết thúc quá trình ủ là 10:1 đến 15:1 Tỷ lệ C/P phù hợp trong quá trình phân giải

được xác định là 75:1 đến 150:1 Để tạo thuận lợi cho các chủng vi sinh vật phát triển, thông thường người ta bổ sung thêm rỉ mật vào đống ủ nhằm cung cấp nguồn đường và acid amin cần thiết cho các chủng vi sinh vật [54,55]

Đảo trộn

Khi quá trình phân giải trong đống ủ bắt đầu thì sự đảo trộn được xem như một quá trình cung cấp không khí cho vi sinh vật phát triển Sự đảo trộn không những cung cấp không khí cho quá trình ủ mà còn làm giảm nhiệt độ của đống ủ Nhiệt độ quá cao sẽ hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật và làm gián đoạn quá trình chuyển hóa nguyên liệu [54]

Vi sinh vật khởi động và vi sinh vật làm giàu dinh dưỡng

Năm 1980 các kết quả nghiên cứu của Gaur và cộng sự cho thấy việc bổ sung các loại vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenlulo cao cùng các nguyên tố dinh dưỡng như đạm dạng hữu cơ, lân dạng quặng photphorit và một số điều kiện môi trường khác đã giúp rút ngắn thời gian ủ phân chuồng từ 4 -6 tháng xuống còn 2 - 4 tuần Các chủng vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ được bổ trong quá trình ủ đóng vai trò vi sinh vật khởi động sản xuất nhanh phân hữu cơ từ nguồn phế thải giàu xenlulo là Aspergillus, Trichoderma và Penicillium Cũng từ

các kết quả nghiên cứu và thực tiễn sản xuất, vào năm 1982 Gaur và cộng sự đã

đề xuất kỹ thuật bổ sung thêm quặng photphat với liều lượng 5% và vi sinh vật phân giải lân (Aspergillus, Penicillium, Pseudomonas, Bacillus) với mật độ 106-

108 VSV/gr cùng với vi sinh vật cố định nitơ tự do Azotobacter nhằm nâng cao

giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [44]

Chương III: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu

3.1.1 Thiết bị, hoá chất và dụng cụ thí nghiệm

- Thiết bị, hóa chất và dụng cụ thí nghiệm Bộ môn vi sinh vật – Viện Thổ nhưỡng Nông hóa

3.1.2 Nguyên liệu và chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu

- Chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu do quỹ gen vi sinh vật - Viện Thổ nhưỡng Nông Hóa cung cấp

Bảng 7: Các chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu

Nấm men Sa 02 Phân giải tinh bột

Vi khuẩn B14 Phân giải hợp chất photphat khó tan

Xạ khuẩn VGi Phân giải xenluloza

Vi khuẩn B17 Phân giải protein

- Phế thải gia súc:

+ Phân heo được thu thập tại trại heo giống CP Lương Sơn- Hoà Bình + Phân bò sữa được thu thập tại trang trại bò sữa xã Phù Đổng

- Chất mang: Than bùn có nguồn gốc từ Tam Dương – Vĩnh Phúc được phơi khô tự nhiên và sàng qua rây

m2: khối lượng chén và mẫu sau khi sấy

m : khối lượng mẫu phân tích

Kết quả phân tích là giá trị trung bình số học các kết quả của 2 lần phan tích lặp lại song song

3.2.1.2 Xác định pH [33]

Tiến hành: Cân 10g mẫu đã phơi khô cho vào bình dung tích 100ml miệng rộng sau đó thêm 50 ml dung dịch KCl 1N rồi lắc trong khoảng thời gian 30 phút

để ion K+ thay thế ion H+, tiếp theo để lắng 2 giờ, lọc qua giấy lọc lấy dịch trong

đem đo bằng pH mét

3.2.1.3 Xác định hàm lượng cacbon hữu cơ [ 33]

Nguyên tắc: Oxy hoá hoàn toàn cacbon hữu cơ bằng K2Cr2O7 dư trong H2SO4 ở nhiệt độ ổn định 145-1550C trong thời gian chính xác 30 phút theo Nelson và Somers (1975), Anderson và Ingram (1989) Sau đó chuẩn lượng dư K2Cr2O7

bằng dung dịch FeSO4

Cách tiến hành: Cân chính xác một khối lượng mẫu phân tích đã được chuẩn bị và được nghiền nhỏ qua rây 0,2mm, có chứa không quá 20mg Cacbon hữu cơ cho vào bình công phá Rửa và gạn nhiều lần bằng nước nóng cho hoà tan các hợp chất vào nước Cô mẫu đến gần khô (không để cháy) Thêm chính xác 10,00 ml dung dịch K2Cr2O7 M/6và 15ml H2SO4 đặc Đặt bình công phá trong bếp công phávà đun ở nhiệt độ 145-1550C trong thời gian chính xác 30 phút Chuyển toàn bộ hỗn hợp công phá sang bình tam giác 250ml và thêm 100ml nước cất, 10ml H3 PO4, để thật nguội Cho 0,3ml chỉ thị màu và chuẩn độ lượng dư K2Cr2O7 bằng dung dịch muối Mhor 0,5M ( chỉ thị màu BaridiphenylSunfomat: màu xanh tím chuyển thành xanh lá cây; chỉ thị màu N.Phenynanthanilic màu tím chuyển thành xanh lá cây; chỉ thị màu Ferroin màu chuyển từ xanh tối sang đỏ)

Tính kết quả:

%Khối lượng cacbon hữu cơ (OC)

%OC = a m

b a

*

3

* )

Trong đó:

a: thể tích muối Mhor chuẩn độ mẫu trắng (mẫu kiểm định) (ml)

b: thể tích muối Mhor chuẩn độ mẫu thí nghiệm (ml) m: khối lượng mẫu thí nghiệm (g)

3: đương lượng gam cacbon

3.2.1.4 Xác định hàm lượng nitơ tổng số [33]

Nguyên tắc: Hàm lượng Nitơ tổng số được xác định theo phương pháp Kjeldhal Chuyển toàn bộ Nitơ trong mẫu thành dạng amônsulfat giải phóng NH3

bằng kiềm, hấp thu NH3 bằng dung dịch Axit Boric

Nitơ hữu cơ trong mẫu được ôxi hoá bằng H2SO4 đặc và sự có mặt của các chất xúc tác (CuSO4, Selen) chuyển thành Nitơ ở dạng ( NH4)2SO4 trong dung dịch

CH2NH2COOH + 3H2SO4 = 2CO2 + NH3 + H2O + 3SO2

đến khi dung dịch trong bình trắng hoàn toàn, đun thêm nửa giờ Lấy bình ra khỏi bếp để nguội, thêm 1lít nước cất và chuyển toàn bộ dung dịch vào bình cất của dụng cụ Kjeldhal để cất NH3 Thể tích dung dịch trong bình cất còn khoảng 300ml, thêm 2- 3 giọt phenolphtalin Sau đó rót cẩn thẩn 120ml NaOH 30% vào bình cất Đồng thời lấy 75ml H2SO4 0, 1N có 2- 3 giọt metyl da cam để hấp thụ

NH3 thoát ra khi cất Đun sôi NH3 cho đến khi thể tích trong bình cất còn dưới 2/3, hạ thấp bình hấp thụ để lấy những giọt cuối cùng chảy ra từ ống sinh hàn Sau đó, chuẩn độ lượng thừa H2SO4 sau khi hấp thụ bằng dung dịch kiềm có nồng độ tiêu chuẩn cho đến khi chuyển từ màu đỏ sang hơi vàng (chỉ thị metyl)

Tính kết quả:

n

N V N V

N: Khối lượng mẫu lấy để phân tích

Để chuyển kết quả ra (%) chất khô nhân với 100/ (100-y)

(y là % nước có trong mẫu)

3.2.1.5 Xác định hàm lượng P 2 O 5 hữu hiệu [33]

Nguyên tắc: Phương pháp này dựa trên cơ sở hoà tan các hợp chất photpho bằng dung dịch Amon xitrat Xác định các hợp chất photpho tổng số Hiệu của hàm lượng hợp chất photpho tổng số và hàm lượng photpho không tan trong amon xitrat là photpho hữu hiệu trong xitrat

Cách xác định :Hoà tan các hợp chất photpho bằng amon xitrat và chuẩn bị dung dịch xác định hợp chất photpho không hoà tan trong xitrat:

- Cân chính xác đến 0,0002g khoảng 2,5g mẫu phân đã được chuẩn bị theo 10TCN 301-97

- Chuyển toàn bộ mẫu lên trên phễu có giấy lọc gấp và rửa bằng 225 ml nước Mỗi lần cho một lượng ít nước, hết nước lần trước trên phễu mới đổ nước lần sau Đảm bảo rửa trong một giờ Nếu sau 30 phút, dự tính trong một giờ không hết lượng nước thì lập tức dùng lọc hút chân không để hoàn thành việc lọc rửa trong 1 giờ

- Chuyển giấy lọc có chứa cặn không hoà tan trong nước qua bình định mức 250ml và cho vào 100ml dung dịch amon xitrat đã đun nóng đến

650C Đậy nút bình định mức và lắc mạnh cho tan tờ giấy lọc Mở nút cho giảm áp suất trong bình

- Nút bình lại và cho vào máy lắc và lắc mạnh 1 giờ trong điều kiện dung dịch giữ ở nhịêt độ 650C Dung dịch luôn luôn tiếp xúc với thành bình và

cổ bình , lôi cuốn và trộn đều toàn bộ cặn

- Sau khi lắc xong, lập tức lọc nhanh qua phễu với giấy lọc băng xanh Sử dụng phễu Buchner nối liền bộ hút chân không là tốt nhất Rửa cặn trên phễu bằng khoảng 350ml nước ở 650C Hết nước trên phễu lần trước mới cho tiếp lần sau Nếu cặn bị lọt khi rửa thì dùng dung dịch amoni nitrat 5% thay nước nóng để rửa

- Làm khô cặn thật khẩn thận, không được để mất cặn Chuyển giấy lọc sạch sang 1 cốc đốt sạch và đốt cháy hết toàn bộ chất hữu cơ Sau đó đun với khoảng 10-15 ml Clohydric đậm đặc cho hoà tan toàn bộ phốtphát

- Nếu tiến hành xác định photpho bằng phương pháp đo màu dùng nước cất pha loãng đến 100-150 ml, trộn đều dung dịch Sau đó lọc qua giấy lọc khô và tốt Thu dịch lọc vào bình định mức 200 ml và thêm nước đến vạch định mức

- Nếu tiến hành xác định axit đến khi còn thể tích nhỏ (tránh làm bẩn mẫu

ra ngoài và không đựơc cô đến khô) Pha loãng với khoảng 10 ml nước cất.Tiến hành xác định photpho tổng số và photpho không hoà tan trong xitrat theo phương pháp đo màu hoặc phương pháp thể tích

Cách tính: Tính % khối lượng P2O5 hữu hiệu :

% P2O5 hữu hiệu =% P2O5 tổng số -% P2O5 không hoà tan trong xitrat

 Cân chính xác một khối lượng mẫu phân (có chứa khoảng 100-200

mg K) đã được chuẩn bị theo 10 TCN301-97 cho vào bình tam giác

có dung tích 200-250 ml

 Cho thêm 50 ml dung dịch HCl 0,05 N

 Lắc 30 phút, sau lọc

 Rửa cặn trên phễu 5 lần, mỗi lần 10 ml dung dich HCl 0,05 N

 Gom dung dich lọc và dung dich rửa vào bình định mức có dung tích 200 ml và thêm dung dịch HCl 0,05 N cho đến vạch định mức Lắc trộn đều dung dịch

 Tiến hành đồng thời mẫu trắng

+ Lập thang tiêu chuẩn Kali :

Sử dụng các bình định mức 200 ml, lần lượt cho vào các bình số ml dung dịch tiêu chuẩn 1000 ppm K và só ml dung dịch HCl theo bảng dưới đây rồi thêm nước đến vạch định mức Lắc trộn đều dung dịch