Động thái vi khuẩn phân hủy cellulose trong mô hình xử lý rác thải hữu cơ

Hiện nay, phần lớn rác thải sinh hoạt đô thị không được tiêu hủy một cách an toàn, chủ yếu vẫn là đổ rác ở các bãi lộ thiên, không có sự kiểm soát, gây ra nhiều vấn đề môi trường cho cư dân quanh vùng. Mùi hôi và nước rác là nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và là ổ phát sinh ruồi, muỗi, chuột, bọ…Việc chôn lấp rác đã và đang gây những tác động nhiều mặt đến môi trường sống của cộng đồng: Tốn diện tích đất rất lớn để chôn rác; Gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường sống cho dân chúng sống cạnh hố rác; Nước thải từ các hố chôn rác chứa nhiều chất độc hại, kim loại nặng gây ô nhiễm đất sản xuất nông nghiệp; Những bãi chôn rác thường ở xa các đô thị nên tốn kém cho việc vận chuyển và các túi ni lông đựng rác khi chôn không bị phân hủy, tồn tại rất lâu trong đất làm giảm độ phì nhiêu đất. Một phương pháp khác cũng được tính đến đó làxử lý rác bằng công nghệ thiêu hủy, đây là giải pháp đang được các nước tiên tiến áp dụng, mang lại hiệu quả tương đối nhưng nhược điểm của phương pháp này là chi phí khá cao và chưa triệt để, dể gây ô nhiễm không khí, khó áp dụng với rác có độ ẩm cao như rác thải hữu cơ ở Việt Nam (Nguyễn Đức Lượng, 2003).Do điều kiện rác thải sinh hoạt ở nước ta, thành phần rác thải hữu cơ chiếm khoảng45 – 55%. Hơn nữa, để khắc phục nhược điểm của những phương pháp nêu trên thì giải pháp được chọn là xử lý rác bằng phương pháp lên men ứng dụng Công nghệ Sinh học với vai trò chủ yếu là vi sinh vật. Ưu điểm của phương pháp này là lên men hiệu quả cao với rác thải hữu cơ, chi phí thấp, không gây ảnh hưởng đến môi trường. Bên cạnh đó, sản phẩm của quá trình lên men rác thải hữu cơ còn được tận dụng để sản xuất phân hữu cơ (Nguyễn Đức Lượng, 2003). Với những lý do nêu trên, đề tài “Động thái vi khuẩn phân hủy cellulose trong mô hình xử lý rác thải hữu cơ” được thực hiện.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG THÁI VI KHUẨN PHÂN HỦY CELLULOSE TRONG MƠ HÌNH XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ Năm 2010 CHƢƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Môi trường có vai trị quan trọng, đảm bảo tồn phát triển kinh tế sống người, khơng cung cấp nguồn tài nguyên đầu vào cho sản xuất, tiện nghi sinh hoạt cho người mà nơi chứa hấp thụ phế thải sản xuất sinh hoạt người thải ra… (Hồng Nam, 2002) Mơi trường phát triển nói chung hai mặt vấn đề Môi trường địa bàn đối tượng phát triển kinh tế - xã hội Còn trình phát triển nguyên nhân sâu xa gây biến đổi môi trường tài nguyên Mức sống người cao lượng rác thải nhiều Sự thải chất thải rắn trình sinh hoạt sản xuất người sinh hàng loạt vấn đề ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, ô nhiễm môi trường đất nước, phá hủy cảnh quan, cân sinh thái (Hoàng Đức Liên et al., 2000) Ở nước ta, trung bình thải 15 triệu chất thải năm, số dự kiến phát triển nhanh chóng thập kỷ Khu vực đô thị thải 50% tổng lượng rác thải Ngồi ra, việc mở rộng thị kết hợp với tăng trưởng cơng nghiệp đại hóa dịch vụ y tế dẫn đến gia tăng đáng kể chất thải nguy hại phát sinh, điều đặt vấn đề nghiêm trọng liên quan đến sức khỏe khơng có chế quản lý phù hợp Hiện nay, phần lớn rác thải sinh hoạt thị khơng tiêu hủy cách an tồn, chủ yếu đổ rác bãi lộ thiên, khơng có kiểm sốt, gây nhiều vấn đề môi trường cho cư dân quanh vùng Mùi hôi nước rác nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước, khơng khí ổ phát sinh ruồi, muỗi, chuột, bọ…Việc chôn lấp rác gây tác động nhiều mặt đến môi trường sống cộng đồng: Tốn diện tích đất lớn để chơn rác; Gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường sống cho dân chúng sống cạnh hố rác; Nước thải từ hố chôn rác chứa nhiều chất độc hại, kim loại nặng gây ô nhiễm đất sản xuất nông nghiệp; Những bãi chôn rác thường xa đô thị nên tốn cho việc vận chuyển túi ni lông đựng rác chôn không bị phân hủy, tồn lâu đất làm giảm độ phì nhiêu đất Một phương pháp khác tính đến xử lý rác cơng nghệ thiêu hủy, giải pháp nước tiên tiến áp dụng, mang lại hiệu tương đối nhược điểm phương pháp chi phí cao chưa triệt để, dể gây ô nhiễm không khí, khó áp dụng với rác có độ ẩm cao rác thải hữu Việt Nam (Nguyễn Đức Lượng, 2003) Do điều kiện rác thải sinh hoạt nước ta, thành phần rác thải hữu chiếm khoảng 45 – 55% Hơn nữa, để khắc phục nhược điểm phương pháp nêu giải pháp chọn xử lý rác phương pháp lên men ứng dụng Cơng nghệ Sinh học với vai trị chủ yếu vi sinh vật Ưu điểm phương pháp lên men hiệu cao với rác thải hữu cơ, chi phí thấp, khơng gây ảnh hưởng đến mơi trường Bên cạnh đó, sản phẩm q trình lên men rác thải hữu tận dụng để sản xuất phân hữu (Nguyễn Đức Lượng, 2003) Với lý nêu trên, đề tài “Động thái vi khuẩn phân hủy cellulose mơ hình xử lý rác thải hữu cơ” thực 1.2 Mục tiêu đề tài Khảo sát biến động mật số vi khuẩn phân hủy cellulose theo thời gian phân hủy rác thải hữu mơ hình thùng lên men 120 lít CHƢƠNG II LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan tình hình rác thải Việt Nam Trong năm qua, tốc độ thị hóa diễn nhanh trở thành nhân tố tích cực phát triển kinh tế – xã hội đất nước Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế - xã hội, thị hóa q nhanh tạo sức ép nhiều mặt, dẫn đến suy giảm chất lượng môi trường phát triển không bền vững Lượng chất thải rắn phát sinh đô thị khu công nghiệp ngày nhiều với thành phần phức tạp Lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) đô thị nước ta có xu phát sinh ngày tăng, tính trung bình năm tăng khoảng 10% Tỷ lệ tăng cao tập trung thị có xu hướng mở rộng, phát triển mạnh quy mô lẫn dân số khu công nghiệp, đô thị tỉnh Phú Thọ (19,9%), thành phố Phủ Lý (17,3%), Hưng Yên (12,3%), Rạch Giá (12,7%), Cao Lãnh (12,5%) Các thị khu vực Tây Ngun có tỷ lệ phát sinh CTRSH tăng đồng hàng năm với tỷ lệ tăng (5,0%) Tổng lượng phát sinh CTRSH đô thị loại III trở lên số đô thị loại IV trung tâm văn hóa, xã hội, kinh tế tỉnh thành nước lên đến 6,5 triệu tấn/năm, CTRSH phát sinh từ hộ gia đình, nhà hàng, chợ kinh doanh chủ yếu Lượng lại từ công sở, đường phố, sở y tế Chất thải nguy hại công nghiệp nguồn chất thải y tế nguy hại đô thị chiếm tỷ lệ chưa xử lý triệt để cịn tình trạng chơn lấp lẫn với chất thải rắn sinh hoạt đô thị Kết điều tra tổng thể năm 2006 - 2007 cho thấy, lượng CTRSH đô thị phát sinh chủ yếu tập trung đô thị đặc biệt Hà Nội TP Hồ Chí Minh Tuy có thị tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh tới 8.000 tấn/ngày (2.920.000 tấn/năm) chiếm 45,24% tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh từ tất thị (hình bảng 1) Hình 1: Tỷ lệ phát sinh CTRSH đô thị Việt Nam năm 2007 Bảng 1: Lƣợng CTRSH phát sinh đô thị Việt Nam năm 2007 STT Loại đô thị Lƣợng CTRSH Lƣợng CTRSH bình quân phát sinh đầu ngƣời (Kg/ngƣời/ngày) Tấn/ngày Tấn/năm Đặc biệt 0,84 8.000 2.920.000 Loại I 0,96 1.885 688.025 Loại II 0,72 3.433 1.253.045 Loại III 0,73 3.738 1.364.370 Loại IV 0,65 626 228.490 Tổng 6.453.930 (Nguồn: Kết khảo sát năm 2006, 2007 báo cáo địa phương) Tính theo vùng địa lý (hay vùng phát triển kinh tế - xã hội) thị vùng Đơng Nam có lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh lớn tới 2.450.245 tấn/năm (chiếm 37,94% tổng lượng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đô thị loại III trở lên nước), tiếp đến đô thị vùng Đồng sông Hồng có lượng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đô thị 1.622.060 tấn/năm (chiếm 25,12%) Các đô thị khu vực miền núi Tây Bắc có lượng phát sinh CTRSH thị thấp có 69.350 tấn/năm (chiếm 1,07%), tiếp đến đô thị thuộc tỉnh vùng Tây Nguyên, tổng lượng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đô thị 237.350 tấn/năm (chiếm 3,68 Đơ thị có lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh lớn TP Hồ Chí Minh (5.500 tấn/ngày), Hà Nội (2.500 tấn/ngày); thị có lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh Bắc Kạn - 12,3 tấn/ngày; Thị xã Gia Nghĩa 12,6 tấn/ngày, Cao Bằng 20 tấn/ngày; TP Đồng Hới 32,0 tấn/ngày; TP Yên Bái 33,4 tấn/ngày thị xã Hà Giang 37,1 tấn/ngày Tỷ lệ phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đô thị bình qn đầu người thị đặc biệt đô thị loại I tương đối cao (0,84 – 0,96kg/người/ngày); đô thị loại II loại III có tỷ lệ phát sinh chất thải rắn sinh hoạt thị bình qn đầu người tương đương (0,72 - 0,73 kg/người/ngày); thị loại IV có tỷ lệ phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đô thị bình quân đầu người đạt khoảng 0,65 kg/người/ngày Tỷ lệ phát sinh chất thải rắn sinh hoạt tính bình qn lớn tập trung thị phát triển du lịch TP Hạ Long 1,38kg/người/ngày, TP HộiAn 1,08kg/người/ngày, TP Đà Lạt 1,06kg/người/ngày; TP Ninh Bình 1,30kg/người/ngày Các thị có tỷ lệ phát sinh chất thải rắn sinh hoạt tính bình qn đầu người thấp TP Đồng Hới (Tỉnh Quảng Bình) 0,31kg/người/ngày; Thị xã Gia Nghĩa 0,35kg/người/ngày; Thị xã Kon Tum 0,35kg/người/ngày; Thị xã Cao Bằng 0,38kg/người/ngày Trong tỷ lệ phát sinh bình qn đầu người tính trung bình cho đô thị phạm vi nước 0,73kg/người/ngày (bảng 2) Bảng 2: Lƣợng CTRSH theo vùng địa lý Việt Nam đầu năm 2007 STT Đơn vị hành Lƣợng CTRSH Lƣợng CTRSH thị bình qn phát sinh đầu ngƣời (kg/ngƣời/ngày) Tấn/ngày Tấn/năm Đồng sông Hồng 0,81 4.444 1.622.060 Đông Bắc 0,76 1.164 424.860 Tây Bắc 0,75 190 69.350 Bắc Trung Bộ 0,66 755 275.575 Duyên hải Nam Trung Bộ 0,85 1.640 598.600 Tây Nguyên 0,59 650 237.250 Đông Nam Bộ 0,79 6.713 2.450.245 Đồng sông Cửu Long 0,61 2.136 779.640 0,73 17.692 6.457.580 Tổng cộng (Nguồn: Kết khảo sát năm 2006, 2007 báo cáo địa phương) Với kết điều tra thống kê chưa đầy đủ cho thấy, tổng lượng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đô thị nước ta ngày gia tăng với tỷ lệ tương đối cao (10%/năm) so với nước phát triển giới Tổng lượng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt đô thị loại III trở lên số đô thị loại IV lên khoảng 6,5 triệu tấn/năm (năm 2004: tổng lượng chất thải sinh hoạt tất đô thị Việt Nam 6,4 triệu tấn/năm) Dự báo tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt đô thị đến năm 020 khoảng gần 22 triệu tấn/năm 2.2 Tình hình xử lý rác thải Việt Nam Cho đến nay, biện pháp chơn lấp, có số địa phương xây dựng nhà máy xử lý rác thải, phần lớn sử dụng cơng nghệ nước ngồi chưa phù hợp với đặc điểm rác không phân loại nguồn Việt Nam nên xử lý chất hữu Tỷ lệ rác phải tiếp tục chơn lấp cịn lớn suất đầu tư cao Hiện nay, công nghệ nghiên cứu nước xử lý rác thải Seraphin, MBT-CD.08 triển khai với dự án TP Sơn Tây TP Huế công suất 150 – 180 rác/ngày Trong ước tính lượng chất thải phát sinh toàn quốc khoảng 15 triệu tấn/năm Hiện tại, nước có 700 thị (từ loại V trở lên) số lượng nhà máy xử lý rác cần đầu tư năm tới khoảng 60 nhà máy Tổng vốn đầu tư chương trình xây dựng, vận hành nhà máy xử lý rác khoảng 5.250 tỷ đồng Các dự án nghiên cứu, lựa chọn thí điểm từ mơ hình, cơng nghệ đến chế tài chính, đất đai, cấu vốn, tiêu thụ sản phẩm đầu từ tìm mơ hình phù hợp để Chính phủ phê duyệt “Chương trình tổng thể xử lý rác” địa bàn nước Tuy nhiên phương pháp xử lý gặp phải nhiều bất cập Xử lý theo phương pháp chôn lấp, vừa gây ô nhiễm khơng khí xung quanh khu vực, vừa gây cứng hóa nguồn nước Khơng thế, phương pháp cịn gây lãng phí diện tích đất vốn khan hiếm, đô thị Mặc dù chi phí rẻ thời gian xử lý ngắn, lâu dài, phương pháp chấp nhận Một cách làm khác tính đến xử lý rác công nghệ thiêu hủy Đây giải pháp nước tiên tiến áp dụng Mặc dù cơng nghệ đại, điều kiện kinh tế nước ta chưa cho phép, chi phí đắt Phương pháp xử lý Seraphin, MBT-CD.08 triển khai cần chi phí đầu tư lớn Qua phân tích thành phần rác thải sinh hoạt cho thấy, thành phần rác hữu chiếm khoảng 45 – 55%, tỷ lệ cao thích hợp với phương pháp xử lý Công nghệ Sinh học (Nguyễn Đức Lượng, 2003) Thực chất việc xử lí rác Cơng nghệ Sinh học quy trình sản xuất khép kín Rác thải sinh hoạt sau thu gom đưa vào băng tải để phân loại Rác hữu tách riêng, sau nghiền nhỏ trộn với loại chất thải có chứa nhiều vi sinh vật đem ủ Trong khoảng 10-12 ngày diễn trình lên men sinh học kỵ khí hiếu khí Theo phương pháp này, rác trở thành nguồn tài nguyên quý giá: khí sinh học phân vi sinh 2.3 Phƣơng pháp ủ rác thải sinh hoạt 2.3.1 Rác thải sinh hoạt Có nguồn gốc hữu chất thải hữu dạng rắn hộ gia đình, khu thương mại, chợ…thải Bao gồm dạng protein (thịt ,cá, vỏ tôm…), tinh bột (cơm, loại củ, quả, số loại hạt…), cellulose (các loại rau, gổ, lá…), lipid (mở động vật, dừa, xác bã đậu phộng…)…Tỷ lệ thành phần hữu chất rác thải sinh hoạt luôn biến động tùy vào địa điểm sinh hoạt người dân Trong hộ gia đình chợ, tỷ lệ chất hữu cao bãi rác loại rác có chứa đầu cá, cơm thừa, rau cải vụn…còn rác bãi rác bị phân hủy phần nên tỷ lệ thấp Bảng 3: Thành phần rác thải hữu Thành Phố Cần Thơ Loại rác (%) chất hữu rác thải (%) Cellulose (%) Protein (%) Tinh bột Rác gia đình (1) 30,25 39,32 45,55 15,18 Rác bãi rác (2) 17,27 27,26 60,51 12,23 Rác chợ (3) 35,55 49,09 42,90 7,96 Chú thích: (1) Rác Đại học Cần Thơ, (2) Rác bãi rác Cái Răng, (3) Rác chợ Xuân Khánh (Nguồn: Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, trường Đại Học Cần Thơ) Rác thải sinh hoạt có thành phần chất hữu cao nên môi trường thuận lợi để vi sinh vật phát triển, vi sinh vật sử dụng chất hữu làm nguồn lượng giúp chúng trở lại chu trình vật chất Do vậy, rác thải phân hủy nhanh chóng tạo thành phân hữu Ngồi chúng tạo khí có mùi khó chịu như: H2S, NH3, CH4…và môi trường cho vi sinh vật gây bệnh phát triển 2.3.2 Phương pháp ủ rác thải sinh hoạt Phương pháp ủ chất thải hữu trình phân hủy sinh học chất thải hữu ổn định chất tác dụng vi sinh vật điều kiện thích hợp để tạo sản phẩm cuối bền vững Theo Ryckeboer et al., (2003) ủ rác thải trình kiểm sốt hiếu khí hoạt động hai nhóm vi sinh vật bính nhiệt nhiệt, biến đổi chất có rác thải hữu làm ổn định chất hữu 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ủ rác thải hữu * Nhiệt độ: nhân tố định cho phát triển thuận lợi vi sinh vật trình ủ (Ishii et al., 2000) Theo tiến triển nhiệt độ q trình ủ chia trình ủ thành giai đoạn: giai đoạn bình nhiệt, giai đoạn nhiệt, giai đoạn nguội (cooling phase) giai đoạn chín (maturation phase) (Ishii et al., 2000) Hiệu q trình ủ bị gián đoạn nhiệt độ tăng cao Đồng thời nhiệt độ cao làm giảm đa dạng nhóm, lồi vi sinh vật (Finstien Morris, 1975) Do đó, nhiệt độ q trình ủ khơng vượt 50 – 60 oC Tuy nhiên có nhiều báo cáo cho số vi sinh vật sống độc lập phân hủy tốt 60 – 75 oC (Nakasaki et al., 1985; Beffa et al, 1996b) Nhiệt độ cao thích hợp để phân hủy cellulose mà vi sinh vật có khả phân hủy cellulose thường vi sinh vật giai đoạn nhiệt, cuối q trình ủ cellulose khó bị enzyme cơng ẩm độ thấp chúng kết hợp với hợp chất bảo vệ lignin làm cho số lượng vi sinh vật phân hủy cellulose giảm Theo nghiên cứu Ryckeboer et al., (2003) nhiệt độ cao đạt 72 oC, nhiệt độ tăng cao khoảng từ ngày đến ngày thứ 16 trình ủ bắt đầu giảm dần xuống nhiệt độ ban đầu từ ngày 22 (hình 2) Q trình ủ rác thải hữu tiến hành khoảng nhiệt độ khác bao gồm nhiệt độ trung bình (khoảng 35 oC) khoảng nhiệt độ cao (từ 55 – 60 oC) nhiên mẻ ủ rác thải hữu cho thấy mật số vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt cao ngày sau giảm dần thấp ngày 35 (hình 11) 8.0 NT1 NT4 NT6 35 42 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 14 21 28 Hình 11: Sự biến động mật số vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt (log 10 CFU/g chất khơ) theo thời gian * Chú thích: NT1 - Không dùng chế phẩm (nghiệm thức đối chứng); NT4 –chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT6 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt Từ hình 12 cho thấy mật số vi khuẩn phân hủy cellulose có khác biệt nghiệm thức, mật số phân hủy cellulose cao nghiệm thức (Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein), nghiệm thức (Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein) nghiệm thức (chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt) Theo kết hình 13 mật số vi khuẩn phân hủy cellulose cao ngày sau giảm dần đến ngày 28 thấp ngày 35 23 9.60 9.48a 9.50 9.40 9.30 9.30b 9.32b 9.25bc 9.26bc NT1 NT2 9.21c 9.20 9.10 9.00 NT3 NT4 NT5 NT6 * Những số theo sau chữ khác biệt không ý nghĩa mức 1% qua phép thử DU NCA Hình 12: Mật số vi khuẩn phân hủy cellulose (log 10 CFU/g chất khô) (trị số trung bình thời điểm) * Chú thích: NT1 - Khơng dùng chế phẩm (nghiệm thức đối chứng); NT2 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT3 - Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein; NT4 - Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein NT5 – Chủng Nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt; NT6 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt 10.50 10.25a 9.86b 10.00 9.30c 9.50 9.00 8.73e 8.77e 8.82d 28 35 42 8.50 8.00 7.50 14 21 * Những số theo sau chữ khác biệt không ý nghĩa mức 1% qua phép thử DUNCAN Hình 13: : Mật số vi khuẩn phân hủy cellulose (log 10CFU/g chất khơ) (trị số trung bình nghiệm thức) theo thời gian 24 11.00 10.50 10.00 NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 NT6 9.50 9.00 8.50 8.00 14 21 28 35 42 Hình 14: Sự biến động mật số vi khuẩn phân hủy cellulose (log 10CFU/g chất khô) theo thời gian * Chú thích: NT1 - Khơng dùng chế phẩm (nghiệm thức đối chứng); NT3 - Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein; NT4 - Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein NT5 – Chủng Nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt; NT6 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt 4.1.3 Sự biến động nhóm vi khuẩn khác Hình 15 cho thấy mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột tăng cao ngày thứ 14 sau giảm nhanh đến ngày 21và giảm dần ngày Nếu xem đường biểu diễn mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột nghiệm thức (nghiệm thức đối chứng) đường biểu thị phát triển vi khuẩn phân hủy tinh bột tự nhiên, đến ngày 21 biến động mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột bắt đầu chững lại (giống với biến động mật số vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt) 25 11.0 10.5 NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 NT6 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 14 21 28 35 42 Hình 15: Sự biến động mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột (log 10CFU/g chất khơ) theo thời gian * Chú thích: NT1 - Không dùng chế phẩm (nghiệm thức đối chứng); NT2 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT3 - Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein; NT4 - Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein NT5 – Chủng Nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt; NT6 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt Từ hình 16 mật số vi khuẩn phân hủy protein tăng cao ngày 14 giảm nhanh đến ngày 28 Riêng nghiệm thức (chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt) cao ngày Nếu xem đường biểu diễn mật số vi khuẩn phân hủy protein nghiệm thức (nghiệm thức đối chứng) đường biểu thị phát triển vi khuẩn phân hủy protein tự nhiên, đường biểu diễn nghiệm thức khác điều cho thấy mật số vi khuẩn phân hủy protein dần vào ổn định từ ngày 28 26 11.0 10.5 NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 NT6 10.0 9.5 9.0 8.5 14 21 28 35 42 Hình 16: Sự biến động mật số vi khuẩn phân hủy protein (log 10 CFU/g chất khô) theo thời gian * Chú thích: NT1 - Khơng dùng chế phẩm (nghiệm thức đối chứng); NT2 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT3 - Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein; NT4 - Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT5 – Chủng Nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt; NT6 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt Như vậy, mật số nhóm vi khuẩn phân hủy mẻ rác thải qua nghiệm thức đến ngày 28 ngày biến động khơng có khác biệt ý nghĩa (mật số vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt đến ngày 35 ổn định) Điều cho thành phần chất hữu rác thải đến ngày giai đoạn phân hủy gần cạn kiệt (kết thí nghiệm Trương Thị Nhật Tâm, 2009; Lê Phương Trầm, 2010) 27 4.2 Thảo luận Trong trình phân hủy rác thải hữu cơ, vi sinh vật phân hủy cellulose bình nhiệt nhiệt liên quan đến mùn hóa hoạt động hữu hiệu chúng quan trọng việc quản lý hiệu trình phân hủy hữu (Beffa et al., 1996; Ishii et al., 2000) Các enzyme thủy phân phóng thích từ vi sinh vật quan trọng việc phân hủy đại phân tử (depolymerization) khác rác thải hữu (Marx et al., 2001) Những enzyme quan trọng trình phân hủy chất hữu bao gồm cellulase, hemicellulase, protease, lipase, phosphatase arlylsulphatase (Goyal et al., 2005) Hàm lượng cao hoạt tính mạnh protease, lipase, cellulose phát trình phân hủy hữu Thành phần rác thải hữu liên quan đến hoạt động nhóm vi sinh vật này, đến chất lượng độ chín phân hữu sau này, nghiên cứu biến đổi sinh học rác thải hữu động thái nhóm vi sinh vật phân hủy rác thải hữu quan trọng (Goyal et al., 2005) Trong điều kiện bố trí nghiệm thức giá trị pH, nhiệt độ, độ ẩm tương đương (bảng 5) mật số dịng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt cho kết cao mật số dòng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt Điều cho thấy vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt diện tự nhiên với số lượng nhiều chúng thích hợp với điều kiện mơi trường tiến hành thí nghiệm nhiệt độ khối ủ dao động từ 28 – 37 0C phù hợp cho dòng vi khuẩn bình nhiệt phát triển Bảng 5: Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình ủ nghiệm thức nghiệm thức (trung bình thời điểm) Nghiệm thức Nhiệt độ trung bình (o C) Độ ẩm trung bình (%) pH trung bình NT3 30.4 86.91 7.77 NT4 30.55 86.29 7.87 * Chú thích: ; NT3 - Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein; NT4 - Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein 28 Theo số liệu phân tích thành phần rác thải sinh hoạt điểm thành phố Cần Thơ cho thấy rác thải có thành phần chiếm cao protein cellulose Như vậy, theo bảng rác thải sinh hoạt chủ yếu rác hữu chiếm 33,19% với 43,41% cellulose, 42,47% protein 14,12% tinh bột, số cịn lại rác thải vơ bao gồm thủy tinh, kim loại, bọc nhựa Trong nghiên cứu nguồn nguyên liệu ban đầu rác chợ thành phần phần trăm tinh bột chiếm lượng nhỏ so với thành phần phần trăm cellulose cao Do đó, vi khuẩn phân hủy cellulose đóng vai trị chủ đạo mẻ rác thải hữu Bảng 6: Thành phần rác thải sinh hoạt số điểm thành phố Cần Thơ Thành phần Loại rác chất hữu Thành phần Thành phần Thành phần rác thải cellulose protein tinh bột sinh hoạt (%) (%) (%) (%) Rác hộ gia đình tập thể (1) 30,25 39,32 45,50 15,18 Rác hộ gia đình (2) 38,89 52,25 33,24 14,51 Rác hộ gia đình (3) 44,14 49,51 30,18 20,71 Rác bãi rác (4) 17,12 27,26 60,51 12,23 Rác chợ (5) 35,55 49,09 42,95 7,96 33,19 43,41 42,47 14,12 Trung bình (Số liệu phân tích thành phần rác thải sinh hoạt) * Chú thích: (1) – Rác thải sinh hoạt thu từ khu tập thể khu 1, Đại học Cần Thơ; (2) – Rác thải sinh hoạt thu từ hẻm thuộc phường An Hội, Q.Ninh Kiều; (3) - Rác thải sinh hoạt thu từ hẻm thuộc Phường An Cư, Q.Ninh Kiều; (4) – Bãi rác Đông Thạnh; (5) – Rác chợ Xuân Khánh Nghiệm thức (chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein) có mật số vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt cao so với nghiệm thức lại Và nghiệm thức (chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein) có mật số vi khuẩn cellulose nhiệt cao 29 Mật số vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt nhiệt tăng nhanh cao giai đoạn đến ngày Trong trình ủ nghiệm thức có chủng dịng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt đạt nhiệt độ cao vào ngày nghiệm thức chủng dòng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt đạt nhiệt độ cao vào ngày 8, sau giảm dần đến ngày 28 giá trị pH trung bình hai nghiệm thức vào khoảng 7,78 – 7,89 Điều chứng tỏ trình phân hủy cellulose mẻ rác xảy mạnh giai đoạn đến ngày đầu phù hợp với thí nghiệm cuả Trương Thị Nhật Tâm (2009), Lê Phương Trầm (2010) có tham gia vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt nhiệt Cellulose hợp chất khó phân giải khơng hịa tan nước Quá trình phân hủy cellulose trải qua giai đoạn khác với tham gia hệ enzyme ngoại bào cellulase vi khuẩn tiết ra, hệ enzyme gồm nhóm chính: exocellulase, endocellulase, β – glucosidase Q trình oxy hóa xảy bắt đầu thủy phân cellulose nhờ hệ enzyme cellulase sau tiếp tục chuyển hóa thành CO2 H2 O Quá trình phân hủy cellulose rác thải hữu nghiên cứu hoạt động phân hủy mạnh khoảng thời gian ngắn so với nghiên cứu Trương Thị Nhật Tâm, Nguyễn Thi Ngọc Bích Ngơ Thị Lan (2009), dịng hoạt động phân hủy rác hữu hiệu chọn từ nghiên cứu nên rút ngắn thời gian phân hủy rác hữu Kết nghiên cứu cho thấy hoạt động phân hủy cellulose rác thải hữu khoảng thời gian ngắn thời gian nghiên cứu Ryckeboer et al., (2003) nước ta có khí hậu nhiệt đới, nhiệt độ ban đầu thích hợp cho vi khuẩn bình nhiệt hoạt động, cịn địa điểm nghiên cứu Ryckeboer et al., (2003) Bỉ có khí hậu lạnh nên cần thêm khoảng thời gian dài để vi khuẩn hoạt động tăng nhiệt độ lên Theo Ivanov et al., (2004) mẻ hữu bao gồm thức ăn thừa bùn đáy ao hồ có mật số vi khuẩn nhiệt qua phương pháp đếm sống nhỏ giọt đạt từ 1,4 x 10 đến 2,2 x 10 CFU/g chất khô, mật số vi khuẩn cao từ ngày đến ngày sau ủ Trong điều kiện ủ mẻ rác thải hữu có dung tích lớn (100kg) Ryckeboer et al., (2003) nhận thấy mật số vi khuẩn bình nhiệt nhiệt tương đương mức cao (>10 tế bào/g) kéo dài từ ngày đến ngày 90 nhiệt độ mẻ ủ cao (>55 0C) từ ngày 30 thứ đến ngày thứ 27, có lẽ khối lượng rác ủ lớn nên nhiệt độ đạt mức cao ngày đầu mật số vi khuẩn cao suốt thời gian ủ Theo Goyal et al., (2005) nhận thấy hoạt tính cellulase cao nghiệm thức ủ bèo lục bình Điều cho thấy rác thải có hàm lượng nước cao cellulase hoạt tính cao Như vậy, mật số vi khuẩn phân hủy cellulose cao điều kiện ẩm độ gần tuyệt đối (bảng 6) Bảng 7: Độ ẩm (%) trung bình nghiệm thức theo thời gian Ngày 14 21 28 35 42 NT1 89.44 87.77 88.85 87.40 86.98 86.32 84.18 NT2 89.44 90.12 84.35 86.32 83.49 85.18 84.33 NT3 NT4 89.44 89.44 90.65 92.05 90.15 86.77 84.79 84.08 87.99 84.28 82.99 83.63 82.37 83.79 NT5 89.44 90.58 87.80 83.94 85.41 83.62 84.84 NT6 89.44 90.87 89.71 88.08 86.13 84.69 82.06 * Chú thích: NT1 - Khơng dùng chế phẩm (nghiệm thức đối chứng); NT2 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT3 - Chủng Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein; NT4 - Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT5 – Chủng Nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt; NT6 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt Sự phát triển vi sinh vật bình nhiệt nhiệt suốt thời gian ủ phân hữu có liên quan chặt chẽ với giai đoạn bình nhiệt nhiệt mẻ ủ (Ishii et al., 2000) Sự hoạt động tích cực vi sinh vật giữ vai trò quan trọng trình ủ phân hữu xuất vài loài vi sinh vật phản ánh chất lượng mẻ ủ phân hữu (Ryckeboer et al., 2003), hoạt động enzyme thủy giải kiểm s oát tốc độ phân hủy chất hữu (Goyal et al., 2005) Enzyme tác nhân nhiều trình phân hủy khác cellulase, xylanase protease (Tiquia et al., 1996), chúng tác nhân phân hủy cellulose, hemicellulose protein (Goyal et al., 2005) Kết thí nghiệm cho thấy nhiệt độ mẻ ủ không cao 37 0C có nhiều nước chất mật số vi khuẩn cellulose bình nhiệt ln chiếm ưu nghiệm thức Điều cho thấy chúng hoạt động tích cực hổ tương, chúng sản sinh enzyme 31 cellulase phân hủy cellulose rác thải hữu cơ, hoạt tính cellulase thích hợp với chất cellulose rác thải hữu so với loại chất thải khác bã mía hay phân bị (Goyal et al., 2005) Kết mật số nhóm vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt, vi khuẩn phân hủy tinh bột, vi khuẩn phân hủy protein cao nghiệm thức (chủng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein) Mật số vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt đạt cao nghiệm thức (Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein) nghiệm thức (chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt) Nhưng nhìn chung mật số vi khuẩn phân hủy cellulose cao nghiệm thức cao mật số dòng vi khuẩn phân hủy tinh bột vi khuẩn phân hủy protein tất nghiệm thức Mặc khác, nguồn nguyên liệu nghiên cứu rác chợ nên có thành phần cellulose cao 32 CHƢƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Mật số vi khuẩn phân hủy cellulose có biến động khoảng thời gian đến ngày 35 Trong mật số vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt cao vào ngày giảm dần đến ngày 28 sau vào ổn định Mật số vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt cao giai đoạn từ ngày đến ngày 14, thấp ngày 35 biến động ngày sau 5.2 Đề nghị Tiến hành định danh dòng vi khuẩn phân hủy cellulose Đưa vào xử lý thí điểm quy mơ nhỏ vài địa phương để khảo sát hiệu xử lý rác thải hữu vi khuẩn phân hủy cellulose 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 2010 Việt Nam – CHLB Đức hợp tác khoa học kĩ thuật nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ xử lý chất thải rắn Kỷ yếu hội thảo khoa học Quốc tế - Ủy Ban Nhân dân TP Hồ Chí Minh – Trường Đại học Sài Gịn Cao Ngọc Điệp Nguyễn Hữu Hiệp 2009 Giáo trình Vi sinh vật Môi trường Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, trường Đại Học Cần Thơ Hoàng Đức Liên Tống Ngọc Tuấn 2000 Kĩ thuật thiết bị xử lý chất thải bảo vệ môi trường Nhà xuất Nơng nghiệp Hà Nội Hồng Nam 2002 Mơ hình sản xuất bảo vệ mơi trường Nhà xuất Văn hóa dân tộc Hà Nội Lê Hồng Việt 2004 Giáo trình Xử lý chất thải rắn Trường Đại học Cần Thơ Lê Phương Trầm 2010 Động thái nhóm vi khuẩn phân hủy cellulose, tinh bột, protein mơ hình xử lý rác thải hữu Luận văn Thạc sĩ khoa học chuyên ngành Công nghệ Sinh học K14 – Trường Đại học Cần Thơ Ngô Thị Lan 2009 Đánh giá khả phân hủy rác thải hữu vi khuẩn phân hủy protein (proteolytic bacteria) Luận văn tốt nghiệp đại học chuyên ngành Công nghệ Sinh học K31 – Trường Đại học Cần Thơ Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến Phạm Văn Ty 2007 Vi sinh vật học, NXB Giáo Dục Nguyễn Đức Lượng 2001 Công nghệ Sinh học Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đức Lượng Nguyễn Thị Trùy Dương 2003 Công nghệ sinh học môi trường: Xử lý chất thải hữu (tập 2) NXB Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đức Lượng 2004 Công nghệ Vi sinh vật tập – sở Vi sinh vật công nghiệp NXB Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh 34 Nguyễn Đức Lượng 2004 Công nghệ Vi sinh vật tập – Vi sinh vật công nghiệp NXB Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh Trương Văn Lung 2005 Giáo trình Cơng nghệ Sinh học sản xuất đời sống Trương Thị Nhật Tâm 2009 Đánh giá khả phân hủy rác thải hữu vi khuẩn phân hủy cellulose (cellulolytic bacteria) Luận văn tốt nghiệp đại học chuyên ngành Công nghệ Sinh học K31 – Trường Đại học Cần Thơ Tiếng Anh Beffa, T., Blane, M., Lyon, P – F, Vogt, G., Marchiana M., Ficher, J.L and Arangno 1996b Isolasion of Thermus strains from hot compost (60 – 80 0C) Applied Environmental Microbiology, 62, 1723 – 1727 Chang, J.I., Tsai, J.J., Wu, K.H 2006 Thermophilic composting of food waste Bioresource Technollog, 97, 116-122 Chang, J.I., Tin-En.Hsu.2008 Effects of compositions on food waste composting Bioresource Technollogy, 99, 8068-8074 Finstein, M.S and Morris, M.L 1975 Microbiology of municipal solid waste composting Advances in Applied Microbiology, 19, 113-151 Goyal, S., Dhull, S.K., Kapoor, K.K 2005 Chemical and biological changes during composting of different organic wastes and assessment of compost maturity Bioresource Technollogy, 96, 1584-1591 Ishii, K., Fukui, M and Takii, S 2000 Micobial succession during a composting process as evaluated by denaturing gradient gel electrophoresis analysis Journal of Applied Microbiology, 89, 768-777 Ivanov, V., Wang, J-Y., Stabnikova, O.V., Tay, S.T.L and Tay, J-H 2004 Microbiological monitoring in biodegradation of sewage sludge and food waste Journal of Applied Microbiology, 96, 641-647 35 Marx, M.C., Wood, M., Jarvis, S.C 2001 A microplate fluorimeteric assay for the study of enzyme diversity in soils Soil Biol Biochemical, 33, 1633-1640 Nakasaki, K., Shoda, M and Kubota, H 1985 Effect of Temperature on composting of sewage sludge Applied Environmental Microbiolog, 50, 1526 – 1530 Ryckeboer, J., Mergaert, J., Coosemans, J., Deprins, K., and Swings, J 2003 Microbiological aspects of biowaste during composting in a monitored compost bin Journal of Applied Microbiology, 94, 127–137 Tiquita, S.M., Tam, N.F.Y and Hodg kiss, I.J 1996 Microbial activities during composting of spent pig – manure sawdust litter at different moisture contents Bioresource Technology, 55, 201-206 Trang web www.monre.gov.vn/ /default.aspx?, 10/11/2010 http://vea.gov.vn/VN/truyenthong/tapchimt/PHONGSU/Pages , 10/11/2010 http://my.opera.com/thuhien1st/blog/cau, 10/11/2010) http://moitruong.xaydung.gov.vn/moitruong/module/news/viewco ntent.asp?ID=355&lang id=1, 10/11/2010 http://www.nea.gov/vn/thongtinmt/noidung/pn4_7_1_05.htm, 10/11/2010 http://www.nea.gov/vn/thongtinmt/noidung/nd5_3_5_05.htm, 10/11/2010 http://vietsciences.free.fr, 10/11/2010 http://www.nea.gov/vn/html/VEM_2004/19-24_Vietnamese.pdf, 16/10/2010 http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/tieu-luan-nghien-cuu-viec-quan-ly-xu-ly-va-tai-che-rac-thaitrong-do-thi-.331074.html, 10/11/2010 http://moitruong.xaydung.gov.vn/moitruong/module/news/viewcontent.asp?ID=1791&lan gid=1, 16/10/2010 http://moitruong.xaydung.gov.vn/moitruong/module/news/viewcontent.asp?ID=1504&lan gid=1, 16/10/2010 36 http://sokhoahoccn.angiang.gov.vn/Anphamthongtin/KHCNso2 -2007/070207.htm, 16/10/2010 http://greenseraphin.com/index.php?option=com_content&task=view§ionid=20&cat egoryid=60&id=149, 16/10/2010 37 ... Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein Vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + protein Vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy. .. vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt hình 7, mật số vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt cao nghiệm thức (chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy. .. –chủng vi khuẩn phân hủy cellulose nhiệt + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein; NT6 – chủng nấm Trichoderma + Vi khuẩn phân hủy tinh bột + vi khuẩn phân hủy protein + vi khuẩn phân