NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH TỪ RÁC THẢI HỮU CƠ

TÓM TẮT

Từ nguồn xác bã rau (chợ Nông Sản Thủ Đức) và mạt cưa sau trồng nấm (trạiThực Nghiệm Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường), chúng tôi đã xây dựng công thức ủ và chọn ra được công thức 2 là tốt nhất cho quá trình ủ compost, chế phẩm NOLASUB là tốt nhất còn hệ thống thổi khí ở quy mô pilot phân hủy tốt hơn.Cuối cùng là thử nghiệm sản phẩm compost trên rau cải ngọt.

1. MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề

 Nhiều vùng do sự dụng quá mức cần thiết các loại phân bón và thuốc trừ sâu hóa học làm cho đất canh tác bị bạc màu nhanh chóng, gây ô nhiễm môi trường đất, nước, ảnh hưởng nhiều đến sinh vật và con người. Bên cạnh đó, nguồn rác thải từ thực vật rất nhiều cần được tận dụng triệt để, bằng nhiều phương pháp khác nhau người ta có thể sản xuất ra các sản phẩm hữu ích như năng lượng, phân bón để phục vụ lại nhu cầu của con người.

Do đặc tính xác bã rau là phân hủy nhanh, có độ ẩm cao và tỷ lệ C/N thấp nên việc tạo phân hữu cơ không đem lại hiệu quả kinh tế mà còn tạo ra ô nhiễm thứ cấp như nước rỉ rác và mùi hôi. Việc sử dụng mạt cưa sau trồng nấm làm chất độn có khả năng hút ẩm tốt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Cho nên chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác thải hữu cơ”.

2. Kết quả

2.1. Đối tượng

            Xác bã rau (chợ Nông Sản Thủ Đức) và mạt cưa sau trồng nấm (trại Thực Nghiệm Viên Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường) làm nguyên liệu ủ.

2.2. Đặc tính của rác hữu cơ đầu vào và các công thức ủ

Nguyên liệu phối trộn là mạt cưa sau trồng nấm có tỷ lệ C/N 71,44 rất cao và độ ẩm thấp nên chúng tôi đã lập ba công thức sau:

Công thức 1 (CT1): rác phối trộn có tỷ lệ C/N ban đầu = 20-25 và độ ẩm 77-87%.

Công thức 2 (CT2): rác phối trộn có tỷ lệ C/N ban đầu = 30-35 và độ ẩm 67-77%.

Công thức 3 (CT3): rác phối trộn có tỷ lệ C/N ban đầu = 40-45 và độ ẩm 57-67%.

2.3 Khảo sát của việc thêm vào các nguyên liệu (mạt cưa sau trồng nấm, than bùn) để phối trộn với xác bã rau

Theo dõi sự thay đổi của nhiệt độ

Hình 2.3 Sự thay đổi nhiệt độ trong suốt quá trình ủ 21 ngày.

Trong những ngày đầu, VSV hoạt động mạnh mẽ, chúng sử dụng chất thải hữu cơ để đồng hóa và phát triển mạnh. Qua hình 3.1 cho thấy vào ngày thứ 3 cả ba nghiệm thức điều đạt giá trị cực đại, cao nhất là CT3 với 57,85⁰C, thấp nhất là CT1 50,7⁰C.

Theo dõi sự thay đổi của độ ẩm

 

Hình 2.4 Sự thay đổi độ ẩm trong suốt quá trình ủ 21 ngày.

Sau 21 ngày ủ độ ẩm của ba nghiệm thức đều giảm, đặc biệt ở CT1 84,58% xuống 68,79%, độ ẩm này cao hơn rất nhiều so với CT2 và CT3 tương ứng là 64,17 và 59,84%.

 Theo dõi sự thay đổi của pH

Vi sinh vật luôn cần một khoảng pH tối ưu để hoạt động. pH tối ưu cho quá trình ủ composting dao động từ 7 – 8.

Hình 2.5 Sự thay đổi pH trong suốt quá trình ủ 21 ngày.

Trong thời gian đầu, vi sinh vật trong khối ủ hoạt động mạnh sẽ phân giải thành phần chất hữu cơ, đặc biệt là cellulose tạo thành các acid hữu cơ làm pH thay đổi. Sau 21 ngày ủ pH của ba nghiệm thức đều nằm trong khoảng trung tính.

Theo dõi sự thay đổi cellulose

Bảng 2.3 Sự thay đổi hàm lượng cellulose (%) trong suốt quá trình ủ 21 ngày

Nghiệm thức	Thời gian ủ (ngày)
	Ban đầu	7	14	21
CT1	50,61	49,32 ± 0,73	47,35 ± 0,32	46,33 ± 0,31
CT2	49,28	48,75 ± 0,35	45,33 ± 0,20	41,78 ± 0,43
CT3	47,96	46,20 ± 1,51	44.83 ± 0,32	41,33 ± 0,31

Hàm lượng cellulose giữa ba nghiệm thức đều giảm, ở CT3 giảm từ 47,96% xuống còn 41,33%, còn CT1 và CT2 giảm không đáng kể đối với CT1 là 50,61% xuống còn 46,33% và CT2 từ 49,28% giảm tới ngày 21 là 42,78%.

Theo dõi sự thay đổi tỷ lệ C/N

Bảng 2.4 Sự thay đổi tỷ lệ C/N trong suốt quá trình ủ 21 ngày

Nghiệm thức	Thời gian ủ (ngày)
	Ban đầu	7	14	21
CT1	24,22	19,19	16,60	15,45
CT2	31,07	20,43	15,56	14,19
CT3	40,65	26,59	19,81	16,44

Trong 2 tuần đầu C/N của các công thức đều giảm rõ rệt, do rác hữu cơ tươi đã kích thích hoạt động oxy hóa các hợp chất chất hữu cơ bởi vi sinh vật diễn ra nhanh hơn, càng về sau cơ chất đã dần ổn định, hoạt động của vi sinh vật chậm lại. Ở CT2 hiệu quả xử lý rác phối trộn cao hơn hẳn so với CT1 và CT3, hơn nữa tỷ lệ C/N sau cùng bằng 14,19 nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn phân bón quy định (10 – 15) để nghiên cứu tiếp.

2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các chế phẩm vi sinh đến khả năng phân hủy rác hữu cơ

 Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ

Hình 2.7 Sự thay đổi nhiệt độ trong suốt quá trình ủ 21 ngày bổ sung chế phẩm vi sinh.

Nhiệt độ gia tăng mạnh mẽ và kéo dài suốt những ngày đầu, đạt giá trị cực đại 57,45⁰C của NOLASUB 2, BIO-F 2 là 55,8⁰C và ĐC 2 là 52,8⁰C ở ngày thứ 3, còn 57,15⁰C vào ngày thứ 1 của BIOFERTM, các nghiệm thức đều giảm dần bằng nhiệt độ môi trường ở ngày thứ 15. Giai đoạn nhiệt độ cao (≥ 45⁰C) kéo dài đến 10 ngày. Sự tăng nhiệt độ là rất cần thiết để tiêu diệt các loài VSV gây bệnh như: Salmonella, Escherichia coli, Shigella sp.

Theo dõi sự thay đổi độ ẩm

Hình 2.8 Sự thay đổi độ ẩm trong suốt quá trình ủ 21 ngày bổ sung chế phẩm vi sinh.

Độ ẩm của rác phối trộn giữa đối chứng và có bổ sung chế phẩm vi sinh không có sự chênh lệch nhiều, tuy nhiên theo thời gian độ ẩm của các thí nghiệm đều giảm, ở ĐC 2 và NOLASUB 2 giảm từ 76,14% xuống còn 64,43% và các BIO-F 2, BIOFERTM 2 cũng giảm từ 76,14% xuống 62,88 và 63,15%.

Theo dõi sự thay đổi pH

Hình 2.9 Sự thay đổi pH trong suốt quá trình ủ 21 ngày bổ sung chế phẩm vi sinh.

Giá trị pH gia tăng mạnh trong 2 tuần đầu và có xu hướng ổn định ở mức trung tính ( pH = 7 – 8) rất phù hợp cho VSV sinh trưởng và phát triển.

 Theo dõi sự thay đổi hàm lượng cellulose

Sự thay đổi hàm lượng cellulose (%) trong suốt quá trình ủ 21 ngày bổ sung chế phẩm vi sinh

Nghiệm thức	Thời gian ủ (ngày)
	Ban đầu	7	14	21
ĐC 2	49,28	48,75 ± 0,35	45,33 ± 0,20	41,78 ± 0,43a
BIO-F 2	49,28	47,46 ± 0,79	44,02 ± 0,53	40,65 ± 0,61ab
NOLASUB 2	49,28	47,92 ± 1,42	42,22 ± 0,15	39,92 ± 0,33b
BIOFERTM 2	49,28	47,82 ± 0,62	44,83 ± 0,34	42,12 ± 0,17a

Các giá trị trung bình có chữ cái không cùng kí tự biểu hiện sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (P < 0,05).

Khi bổ sung chế phẩm thì mật độ VSV tổng số và VSV phân hủy cellulose của tất cả các thí nghiệm đều cao hơn so với nghiệm thức ĐC 2 nhưng không nhiều. Kết quả phân hủy cellulose được thể hiện ở NOLASUB 2 giảm từ 49,28% xuống 39,92% ở tuần cuối cùng, BIO-F 2 giảm từ 49,28% xuống còn 40,65% và 42,12% đối với BIOFERTM 2. Riêng ĐC 2 giảm từ 49,28% xuống còn 41,78%. Việc bổ sung các chế phẩm vi sinh đã giảm đáng kể mùi hôi thối bốc lên của đống ủ.

 Theo dõi sự thay đổi tỷ lệ C/N

 Sự thay đổi tỷ lệ C/N trong suốt quá trình ủ 21 ngày bổ sung chế phẩm vi sinh

Nghiệm thức	Thời gian ủ (ngày)
	Ban đầu	7	14	21
ĐC 2	31,07	21,38	16,74	14,19
BIO-F 2	31,07	18,60	14,63	12,56
NOLASUB 2	31,07	19,28	14,70	12,23
BIOFERTM 2	31,07	19,14	14,47	13,06

Cả 4 nghiệm thức đều đạt tiêu chuẩn phân bón compost (C/N = 10 – 15), sau 21 ngày ủ hàm lượng C (%) giảm, N (%) tăng, kéo theo tỷ lệ C/N giảm so với nguyên liệu đầu vào khi bắt đầu ủ, NOLASUB 2 giảm nhiều nhất từ 31,07 xuống 12,23 và 12,56 đối với BIO-F 2, còn BIOFERTM 2 giảm từ 31,07 xuống 13,06 và 14,19 ĐC 2.

Lượng nước rỉ rác và khối lượng sau cùng của phân compost từ quá trình ủ composting có bổ sung chế phẩm vi sinh

Bảng 3.7 Khối lượng sau cùng của sản phẩm phân compost sau 3 tuần ủ composting rác phối trộn bổ sung chế phẩm vi sinh

Thông số	Các sản phẩm compost
	ĐC 2	BIO-F 2	NOLASUB 2	BIOFERTM 2
Khối lượng ban đầu (kg)	12*
Khối lượng sau cùng (kg)	8,50	8,40	8,40	8,40
Lượng nước rỉ rác (lít)	<0,5	0	0	0

*: Công thức 2 = 7,8kg rác hữu cơ + 3,6kg mạt cưa đã trồng nấm + 0,6kg than bùn.

Ngoài việc thu được một lượng lớn sản phẩm compost, còn khắc phục được ô nhiễm thứ cấp (nước rỉ rác và mùi hôi thối) đã giải quyết được ô nhiễm nguồn nước và không khí vấn đề thường thấy tại các bãi chôn lấp chất thải.

 Sản phẩm phân compost sau 21 ngày ủ có bổ sung chế phẩm vi sinh

 Đặc tính hóa lý của phân compost sau 3 tuần ủ rác phối trộn bổ sung chế phẩm

Chỉ tiêu	Các sản phẩm compost
	ĐC 2	BIO-F 2	NOLASUB 2	BIOFERTM 2
pH	6,9	7,37	7,2	7,4
Độ ẩm (%)	64,17	62,88	64,43	63,15
Các bon hữu cơ (%)	21,14	19,59	19,32	19,98
Tổng nitơ (%)	1,49	1,56	1,58	1,53
Cellulose (%)	42,17	40,5	40	42
Tỷ lệ C/N	14,19	12,56	12,23	13,06

Qua kết quả phân tích pH, độ ẩm, C, N, tỷ số C/N thì cả 4 nghiệm thức đều đạt tiêu chuẩn phân bón quy định. Trong đó, nghiệm thức NOLASUB 2 là thấp nhất so với BIO-F và BIOFERTM có tỷ lệ C/N = 12,23 để nghiên cứu tiếp.

3. Kết luận

Qua ba công thức ủ, rác hữu cơ phối trộn với nguyên liệu đầu vào gồm xác bã rau, mạt cưa sau trồng nấm và than bùn. CT2 là tối ưu nhất với tỷ lệ C/N là 14,19.

Khi ủ rác phối trộn của CT2 với ba loại chế phẩm vi sinh BIO-F, NOLASUB và BIOFERTM sau 21 ngày ủ thì cả ba sản phẩm compost đều có tỷ lệ C/N đạt tiêu chuẩn phân bón quy định. Trong đó nghiệm thức NOLASUB 2 có tỷ lệ C/N = 12,23 tốt nhất.

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

Tiếng Việt

1. Dương Đức Hiếu. 2005. Nghiên cứu ứng dụng một số chế phẩm vi sinh để xử lý rác sinh hoạt thành compost. ĐH.KH. Tự Nhiên Thư Viện (001164), Tp. Hồ Chí Minh.

2. Công ty hóa phẩm Thiên Nông. 1993. Phân lân hữu cơ vi sinh. TC: 010/QĐ – TN.

3. Nguyễn Lân Dũng và các tác giả. 1979. Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật, tập 2.  Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

4. Nguyễn Lan Hương, Lê Văn Nhương, Hoàng Đình Hòa. 1999. Phân lập và hoạt hóa vi sinh vật ưa nhiệt có hoạt tính xellulaza cao để bổ sung lại vào khối ủ, rút ngắn chu kỳ xử lý rác thải sinh hoạt. Hội nghị Công nghệ sinh học toàn quốc, Hà Nội, tr. 531-536.

5. Nguyễn Mạnh Dũng. 1999. Nghiên cứu sản xuất và sử dụng chế phẩm vi sinh vật phân hủy chất thải sinh hoạt. Hội nghị Công nghệ sinh học toàn quốc, Hà Nội, tr. 340-344.

6. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương. 2003. Công nghệ sinh học môi trường: Xử lý chất thải hữu cơ, tập 2. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh.

7. Trần Thị Mỹ Diệu. 2002. Quản lý chất thải rắn. Giáo trình môn hoc, Trường Đại học Văn Lang.

8. Trương Thị Ngọc Hân. 2009. Nghiên cứu sinh tổng hợp enzyme cellulose, pectinase từ các chủng Trichoderma và ứng dụng để xử lý vỏ cà phê trong sản xuất phân hữu cơ vi sinh. Khóa luận tốt nghiệp Kĩ sư Công Nghệ Sinh Học ,Đại học Nông Lâm Tp.HCM.

9. Nguyễn Thị Hiền. 2009. Đánh giá hiệu quả của compost ủ từ xơ dừa và phân bò bổ sung chế phẩm BIO-F trên cây cà chua. Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM.

Tiếng nước ngoài

10. Alvarez et al. 1995. Effect of compost on rhizosphere microflora of the tomato and on the incidence of plant growth-promoting rhizobacteria. Applied and Environmental Microbiology, Japan, Vol. 61, No.1., pp: 194-199.

11. Beffa T. et al. 1996. Isolation of thermos strains from hot compost (60 to 80⁰C). Appl. Environ. Microbiol., 62, pp: 1723-1727.s

12. C.C. Cuevas. 1996. Rapid compostong technology in the Philippines: Its role in producing good-quality organic fertilizers. IBS, University of the Philippines at los Bonos.

13. H.A.J. Hoitink. 2004. Disease suppression with compost: history, principles and future. The Department of Plant Pathology, The Ohio State University/OARDC, Wooster, Oh 44691.

14. H.A.J. Hoitink and C.M. Changa. 2004. Production and utilization guidelines for disease suppressive compost. Proc. XXVI IHC-Managing Soil-Borne Pathogens, Ed. A. Vanachter, Acta Hort, 635, ISHS 2004.

15. Jonathan W.C. Wong and Min Fang. 2000. Effects of lime addition on sewage sludge composting process. Wat. Res. Vol. 34, No. 15. pp: 3691-3698.

16. Korner et al. 2003. Investigation and optimization of composting processes test systems and practical examples. Waste Management, 23. pp: 16-26.

17. L.R. Kuhlman. 1990. Windrow composting of agricultural and municipal wastes. Resources, Conservation and Recycling, 4. pp: 151-160.

18. Marja Tuomela. 2002. Degradation of lignin and other 14 C-labelled compounds in compost and soil an emphasis white-rot fungi. Academic dissertation in microbiology, University of Helsinki, Helsinki.

19. Martin Strauss et al. 2003. Co-composting of faecal sludge and municipal organic waste. International Water Management Institute (IWMI), EAWAG, SANDEC, PMB CT 112, Cantoments Accra, Ghana.

20. Nakasaki K. et al. 1993. Effects of pH control on composting garbage. Wastes Management Resousces. 11. pp: 117-125.

21. Nakasaki K. and Yaguchi H. 1992. Effect of C/N ratio on thermofile composting og garbage. Jour. Ferment. Bioeng., 73. pp: 43-45.

22. National Engineering Handbook. 2000. Composting. Chapter 2, Natural Resoures Conservation Service, United States Department of Agriculture.

23. Nishant R., and Hans G.E. 1995. Effect of C:N ratio and moisture content on the composting of poplar wood. Biotechnology letters, 17. pp: 889-892.

24. P. Bhattacharyya et al. 2003. Evaluation of MSW compost as a component of integrated nutrient management in wetland rice. Compost Science & Utilization, vol. 11, No. 4. pp: 343-350.

25. Q.H. Bari, A. Koenig. 2001. Effect of air recirculation and reuse on composting of organic solid waste. Resources, Conservation and Recycling, 33. pp: 93-111.

26. Robert Rynk et al. 1992. On-farm composting handbook. NRAES-54, Northeast Regional Agricultural Engineering Service, Cooperative Extension, Ithaca, NY 14853-5701.

27. S Sadaka and A. El. Taweel. 2003. Effects of aeration and C:N ratio on household waste composting in Egypt. Compost Science & Utilizaation, vol. 11, No. 1. pp: 36-40.

28. W.f. Brinton. 2000. Compost quality standards & guidelines. New York State Association of Recyclers. Woods end Research Laboratory.

29. Subjarearn et al. 2002. The efficiency of some microbial activators in organic composting from market wastes. Symposium, 57, paper no. 2315.