Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh ( Compost) từ vỏ quả cacao phục vụ cho nông nghiệp

Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh ( Compost) từ vỏ quả cacao phục vụ cho nông nghiệp

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Cacao đã được trồng và sử dụng rộng rãi ở các bộ tộc Maya từ thế kỉ thứ VI, và bắt đầu phát triển rộng ra các nước khác trên thế giới từ thế kỉ XVI trở đi Như vậy, từ lâu cây cacao đã như là một loại cây công nghiệp nhằm cung cấp hạt, tạo ra một loại thức uống giàu dinh dưỡng cho con người Tổng sản lượng cacao thế giới tính đến cuối năm 2010 là 3.5 triệu tấn hạt khô [1] Tổng sản lượng cacao Việt Nam đến cuối năm

2005 là 35 tấn hạt khô và đến cuối năm 2010 là 2.500 tấn hạt khô/năm [1] Điều này cho thấy sản lượng cacao trên toàn thế giới là rất lớn và không ngừng tăng sản lượng qua các năm, tại Việt Nam thì sản lượng tăng gần 70 lần trong giai đoạn 2005-2010

Vậy với sản lượng hạt cacao khô nhiều như thế đối với thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, thì cũng đồng nghĩa với việc trái cacao sau khi thu hoạch hạt còn lại một lượng rất lớn vỏ trái được thải bỏ Trong thực trạng hiện nay ở Việt Nam, thì đa

số trái cacao sau khi được thu hoạch hạt, phần vỏ trái còn lại ít được sử dụng, thải bỏ gây ảnh hưởng đến môi trường Vậy câu hỏi đặt ra là phải làm gì với lượng vỏ trái cacao ấy mà không để nó gây ảnh hưởng đến môi trường, mặc khác lại có thể tái sử dụng phế phẩm làm giảm chi phí sản xuất cho người nông dân?

Bên cạnh tính cấp thiết của vỏ cacao thì theo Hiệp hội phân bón Việt Nam (http://agro.gov.vn), trong năm 2010 tổng lượng cung phân bón cho ngành nông nghiệp Việt Nam khoảng 6.112 triệu tấn Trong đó lượng phân bón sản xuất trong nước đạt 2.58 triệu tấn Lượng phân bón nhập khẩu của Việt Nam năm 2010 đạt 3.521 triệu tấn Cho thấy nhu cầu tiêu thụ phân bón trong nước là rất lớn Hơn nữa phân bón sản xuất cũng như nhập khẩu chủ yếu là phân hóa học nên về lâu dài sẽ ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất, làm xói mòn đất

Trong những năm gần đây, phương pháp phân hủy sinh học hiếu khí chất thải rắn (compost) đã cho thấy phạm vi ứng dụng cao Sản xuất compost vừa xử lý triệt để được chất thải, góp phần bảo vệ môi trường, vừa tạo ra sản phẩm có ích cho nông

nghiệp Từ những vấn đề trên việc nghiên cứu công nghệ sản xuất compost từ phế phẩm nông nghiệp là mang tính cấp thiết và phù hợp với nhu cầu phát triển của ngành nông nghiệp Việt Nam trong giai đoạn hiện nay và tương lai

Chính vì những lí do trên mà đề tài “Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh (compost) từ vỏ quả cacao phục vụ cho nông nghiệp” được thực hiện với mục đích tận dụng, tái chế phế phẩm nhằm làm giảm tác hại đến môi trường và giảm chi phí sản xuất nông nghiệp cho người nông dân

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Xây dựng quy trình tối ưu sản xuất compost từ vỏ quả cacao;

- Ứng dụng sản phẩm compost sau khi ủ lên cây trồng ngắn ngày

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài đã đặt ra thì nội dung nghiên cứu

gồm những phần sau:

- Phân tích thành phần mẫu cacao đầu vào;

- Vận hành mô hình ủ compost hiếu khí với 3 nghiệm thức: mô hình đối chứng không bổ sung chế phẩm, mô hình bổ sung bùn hoạt tính và mô hình bổ sung chế phẩm Bio-F;

- Theo dõi các chỉ tiêu trong suốt quá trình ủ compost;

- Phân tích mẫu đầu ra;

- Ứng dụng sản phẩm sau khi ủ trên cây trồng ngắn ngày

4 GIỚI HẠN NỘI DUNG VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

- Nội dung nghiên cứu: Vì tính đặc trưng của vỏ cacao và mục tiêu nghiên cứu đã đặt

ra nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu cách ủ compost một cách tối ưu nhất

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Vỏ cacao: được lấy ở xã Sông Xoài, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu; + Bùn hoạt tính: được lấy ở trạm xử lý nước thải Cty Cổ phần dệt may- Đầu tư- Thương mại Thành Công;

+ Chế phẩm sinh học Bio-F: Viện Sinh học Nhiệt đới TP.HCM

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5.1 Phương pháp luận

Phương pháp ủ compost hiếu khí đã được nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới Do

đó, có rất nhiều tài liệu và tư liệu nghiên cứu sẵn có để tham khảo Bên cạnh đó đã có nhiều đề tài nghiên cứu thành công sản xuất compost với nhiều vật liệu khác nhau Chính vì thế, dựa vào những tài liệu sẵn có của quá trình nghiên cứu thực nghiệm trước

đó để làm cơ sở xây dựng mô hình thực nghiệm ủ compost với vật liệu là vỏ quả cacao

là điều hoàn toàn có thể làm được

Từ mô hình ủ, theo dõi liên tục các chỉ tiêu: nhiệt độ, độ ẩm, pH, hàm lượng Cacbon, Nitơ, hiệu quả vi sinh vật bổ sung vào để xác định mức ảnh hưởng của các yếu tố này đến chất lượng compost tạo ra Từ đó, lựa chọn công nghệ tối ưu nhất cho quá trình ủ

5.2 Phương pháp thực tiễn

- Tổng hợp, biên hộ những tài liệu đã có

+ Tài liệu liên quan về quả cacao;

+ Tài liệu tổng quan về compost, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost,

và các công nghệ sản xuất compost trong nước và trên thế giới;

+ Tài liệu viết về bùn hoạt tính và chế phẩm sinh học Bio-F;

- Phương pháp thực nghiệm: Lắp đặt mô hình ủ compost hiếu khí, tiến hành phối trộn các nghiệm thức và vận hành mô hình ủ, phân tích mẫu

- Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các số liệu từ quá trình ủ compost như: nhiệt độ, pH, độ sụt lún, độ ẩm, hàm lượng C, N

- Phương pháp thống kê: Thống kê, tính toán các biến thiên: nhiệt độ, độ ẩm,pH, hàm lượng C,N, trong quá trình ủ compost

- Phương pháp đánh giá, nhận xét: Đánh giá và nhận xét kết quả sau quá trình ủ

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN

6.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu mở ra một hướng mới cho việc sử dụng phế phẩm vỏ cacao thành sản phẩm có ích cho nền kinh tế, cho ngành nông nghiệp và hạn chế gây ảnh hưởng đến môi trường

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Quy trình sản xuất phân compost dễ thực hiện, có thể áp dụng cho hộ gia đình nông thôn với quy mô nhỏ;

- Sản phẩm tạo ra có thể ứng dụng trực tiếp cho ngành nông nghiệp

7 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

7.1 Thời gian nghiên cứu: Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ thực hiện trong

khoảng thời gian: 2/5/2012 đến 21/07/2012

7.2 Địa điểm thực hiện thí nghiệm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm khoa MT & CNSH, với các điều kiện:

- Nhiệt độ 32-340C;

- Ánh sáng tự nhiên;

- Hóa chất, dụng cụ, trang thiết bị hiện có;

- Các số liệu được phân tích tại PTN khoa MT & CNSH

7.3 Địa điểm lấy mẫu nghiên cứu: xã Sông Xoài, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa

Vũng Tàu

8 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Luận văn bao gồm phần Mở Đầu và 3 chương với nội dung như sau:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

- Kết luận - kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ COMPOST

1.1.1 Định nghĩa

Quá trình chế biến Compost : là quá trình phân hủy sinh học và ổn định của chất

hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ thermophilic Kết quả của quá trình phân hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và có ích trong việc ứng dụng cho cây trồng[2]

Sản xuất Compost là sự phân huỷ sinh học của các chất thải rắn dễ phân huỷ sinh học dưới những điều kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát thành chất ở tình trạng

ổn định hoàn toàn, không gây cảm giác khó chịu khi lưu trữ, sử dụng an toàn trong nông nghiệp [3]

1.1.2 Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ compost

1.1.2.1 Phản ứng sinh hóa

Quá trình phân hủy CTR diễn ra rất phức tạp, qua nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian Ví dụ, quá trình phân hủy protein: protein  peptides amino acids  hợp chất ammonium  nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3

Đối với carbonhydrate, quá trình phân hủy xảy ra: carbonhydrate  đường đơn

 acid hữu cơ  CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn

Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết Các giai đoạn khác nhau trong quá trình ủ hiếu khí có

thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau:

 Pha thích nghi: là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới

 Pha tăng trưởng: đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học

 Pha ưa nhiệt: là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn định chất thải

và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất

 Pha trưởng thành: là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (quá trình chuyển hoá các phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi,

nitơ…) và cuối cùng thành mùn Các phản ứng nitrate hoá, trong đó ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxi hoá sinh học tạo thành nitrit (NO2-)

và cuối cùng thành nitrate (NO3-):

1.1.2.2 Phản ứng sinh học

Ủ compost là quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong chất thải rắn được biến đổi thành các chất mùn ổn định do hoạt động của các thể chức có thể sống trong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải Các tổ chức này gồm các loại vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, chất hữu cơ được phân huỷ như ban đầu từ vi sinh vật tiêu thụ bậc một như vi khuẩn thực hiện Trong thời gian đầu, vi khuẩn thích hợp với điều kiện

Mesophilic xuất hiện trước

Nhiệt độ tăng khi vi khuẩn thermophilic xuất hiện chiếm hầu hết các vị trí trong khối ủ, thermorphilic nấm thường tăng trưởng từ 5 – 10 ngày sau khi ủ Nếu nhiệt độ cao hơn 60OC thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế, chỉ còn các dạng bào tử có thể phát triển trong giai đoạn cuối cùng, nhiệt độ giảm Atinomycetes trở nên chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ xuất hiện màu trắng hoặc nâu

Các loại vi khuẩn Thermophilic, hầu hết là loài Bacillus đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ protein và hydratcacbon Mặc dù chỉ hoạt động bên lớp ngoài đóng ủ và chỉ hoạt dông trong thời gian cuối nhưng nhóm Atinomycetes đóng vai trò trong việc phân huỷ cenlulose, lignin và các chất bền vững khác Sau giai đoạn tiêu thụ bậc một hay sơ cấp thực hiện xong, các chất này sẽ là thức ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giun tròn, đông vật nguyên sinh, phiêu sinh

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế biến compost

1.1.3 1 Các yếu tố vật lý

Các yếu tố vật lý ảnh hưởng tới quá trình ủ gồm : nhiệt độ, độ ẩm, kích thước nguyên liệu, độ rỗng, thổi khí

a Nhiệt độ

Đây là yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến Compost vì nó quyết định thành phần quần thể vi sinh vật (ban đầu là nhóm Mesophilic và sau đó là nhóm Thermophilic chiếm ưu thế), ngoài ra nhiệt độ còn là một chỉ thị để nhận biết các giai đoạn xảy ra trong quá trình ủ compost

Nhiệt độ tối ưu là 50 – 600

C, thích hợp với vi khuẩn Thermophilic và tốc độ phân hủy rác là cao nhất Nhiệt độ trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật làm cho quá trình phân hủy diễn ra không thuận lợi, còn nhiệt độ thấp hơn ngưỡng này phân Compost sẽ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh

Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý

Bảng 1.1 Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật

Nguồn: Nguyễn Văn Phước, 2010

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác

Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào Độ ẩm cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như: mạt cưa, rơm rạ…

c Kích thước hạt

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, giá tăng vận tốc phân hủy

Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ và giảm mức độ hoạt tính của vi sinh vật Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều, không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ

Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3 – 50mm Kích thước hạt tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu CTR đô thị và CTR công nghiệp phải được nghiền đến kích thước thích hợp trước khi làm phân Phân bắc, bùn và phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học

d Độ xốp

Độ xốp là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ Độ xốp tối ưu sẽ thay đổi tuỳ theo loại vật liệu chế biến phân Thông thường, độ xốp cho quá trình chế biến diễn ra tốt khoảng 35 – 60%, tối ưu là 32 – 36%

Độ xốp của CTR ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho

sự trao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phần tử hữu cơ hiện diện trong các vật liệu ủ Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế

sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt

Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệ trộn hợp lý

e Thổi khí

Không khí ở môi trường xung quanh được cung cấp tới khối Compost để vi sinh vật sử dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt Nếu không được cung cấp khí đầy đủ thì sẽ tạo thành những vùng kị khí bên trong khối Compost gây mùi hôi

Để cung cấp không khí cho khối Compost có thể thực hiện được bằng cách:

Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân hủy cao nhất Tuy nhiên, lưu lượng khí phải được khống chế thích hợp Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đến chi phí cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an toàn vì

có thể chứa vi sinh vật gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối phân lớn hơn 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát nitơ dưới dạng NH3 Trái lại, nếu thổi khí quá ít, môi trường bên trong khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho quá trình

ủ phân thường trong khoảng 5 –10m3

khí/tấn nguyên liệu/h

Thông thường áp lực tĩnh cần tạo ra để đẩy không khí qua chiều sâu 2 – 2.5m vật liệu ủ là 0.1 – 0.15m cột nước Áp lực đó chỉ cần quạt gió là đủ chứ không cần máy nén Ngoài ra các cửa sổ của hầm ủ cũng sẽ đủ cho làm thoáng, chỉ cần đảo cửa sổ mỗi ngày một lần hoặc nhiều ngày một lần

Đảo trộn liên tục sẽ đạt mức phân giải tối ưu trong vòng 10 – 14 ngày Nên đảo trộn một lần một ngày hoặc nhiều lần một ngày

1.1.3 2 Các yếu tố hóa sinh

a Các chất dinh dưỡng

Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật: trong

đó cacbon và nitơ là cần thiết nhất, tỉ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất; Photpho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp; Lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên

tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào

Khoảng 20% - 40%C của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiết cho quá trình đồng hoá thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hoá thành CO2 Cacbon cung cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng tế bào vi sinh vật Nitơ là thành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin, enzyme, co-enzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào

Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1 Ở mức tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai Ở mức tỷ lệ cao hơn, sự phân hủy xảy ra chậm

Tỷ lệ C/N của các chất thải khác nhau được trình bày trong bảng sau Trừ phân ngựa và lá khoai tây, tỷ lệ C/N của tất cả các chất thải khác nhau đều phải được điều chỉnh để đạt giá trị tối ưu trước khi tiết hành làm phân

Nguồn: Chongrak, 1996 ( Trích từ tài liệu [2] )

Khi bắt đầu quá trình ủ phân rác, tỷ lệ C / N giảm dần từ 30:1 xuống 15:1 ở các sản phẩm cuối cùng do hai phần ba carbon được giải phóng tạo ra CO2 khi các hợp chất hữu cơ bị phân hủy bởi các vi sinh vật

Mặc dù đạt tỷ lệ C/N khoảng 30:1 là mục tiêu tối ưu trong quá trình ủ phân rác, nhưng tỷ lệ này có thể được điều chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các thành phần có hàm lượng lignin cao

Trong thực thế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ lệ C/N tối ưu gặp phải khó khăn vì những lý do sau:

 Một phần các cơ chất như cenlulose và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ bị phân hủy sau một khoảng thời gian dài

 Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không sẵn có

 Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn Azotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO4

3- Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác

Hàm lượng cacbon có thể xác định theo phương trình sau:

% C trong phương trình này là lượng vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệt độ

5500C trong 1 giờ Do đó, một số chất thải chứa phần lớn nhựa (là thành phần bị phân hủy ở 5500C) sẽ có giá trị %C cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủy sinh học

Nếu tỷ lệ C/N của CTR làm phân cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của vi sinh vật do thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hoá, oxy hoá phân carbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn Theo nghiên cứu cho thấy, nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 – 50, thời gian cần thiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày

b pH

Giá trị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình ủ phân rác Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ phân rác, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kìm hãm sư phân hủy lignin và cenlulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân rác Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật

% 100

d Vi sinh vật

Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau Vì sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm: actinomycetes

và vi khuẩn Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm

vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn

e Chất hữu cơ

Tốc độ phân hủy tùy thuộc vào thành phần và tính chất của chất hữu cơ Chất hữu cơ hòa tan dễ dàng phân hủy hơn chất hũu cơ không hòa tan Lignin và Ligno – Cenluloses là những chất phân hủy rất chậm

Bảng 1.3 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí

1 Kích thước Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước CTR khoảng 25 –

75mm

2 Tỉ lệ C/N

Tỉ lệ C:N tối ưu dao động trong khoảng 25 - 50

- Ở tỉ lệ thấp hơn, dư NH3, hoạt tính sinh học giảm

- Ở tỉ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế

3 Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn

4 Độ ẩm Nên kiểm soát trong phạm vi 50 – 60% trong suốt quá trình ủ

Tối ưu là 55%

5 Đảo trộn

Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và sự tạo thành các rảnh khí, trong quá trình làm phân hữu cơ, CTR phải được xáo trộn định kỳ Tần suất đảo trộn phụ thuộc vào quá trình thực hiện

6 Nhiệt độ

Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng 50 – 550C đối với một vài ngày đầu và 55 – 600C trong những ngày sau đó Trên 660

C, hoạt tính vi sinh vật giảm đáng kể

7 Kiểm soát mầm bệnh Nhiệt độ 60 – 700C, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt

8 Nhu cầu về không khí Lượng oxy cần thiết được tính toán dựa trên cân bằng tỷ lượng

Không khí chứa oxy cần thiết phải được tiếp xúc đều với tất cả các phần của CTR làm phân

9 pH Tối ưu: 7 – 7,5 Để hạn chế sự bay hơi Nitơ dưới dạng NH3, pH

không được vượt quá 8,5

10 Mức độ phân hủy Đánh giá qua sự giảm nhiệt độ vào thời gian cuối

11 Diện tích đất yêu cầu Công suất 50 tấn/ngày cần 1 hecta đất

Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993 ( Trích từ tài liệu [2] )

1.1.4 Chất lƣợng compost

Chất lượng Compost được đánh giá dựa trên 4 yếu tố sau :

Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóa học, thuốc trừ sâu …)

Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo…)

Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp ở mức không ảnh hưởng có hại tới cây trồng)

Độ ổn định (độ chín, hoai) và hàm lượng chất hữu cơ

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn ngành 10 TCVN 562 – 2002 cho phân hữu cơ vi sinh vật chế biến

từ chất thải rắn sinh hoạt do Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn ban hành

Mật độ vi sinh vật hữu hiệu (đã được tuyển chọn)

Hàm lượng cacbon tổng số không nhỏ hơn % 13

Hàm lượng nitơ tổng số không nhỏ hơn % 2,5

Hàm lượng lân hữu hiệu không nhỏ hơn % 2,5

Hàm lượng kali hữu hiệu không nhỏ hơn % 1,5

Hàm lượng chì (khối lượng khô) không lớn hơn Mg/kg 250

Hàm lượng cadimi (khối lượng khô) không lớn hơn Mg/kg 2,5

Hàm lượng crom (khối lượng khô) không lớn hơn Mg/kg 200

Hàm lượng đồng (khối lượng khô) không lớn hơn Mg/kg 200

Hàm lượng niken (khối lượng khô) không lớn hơn Mg/kg 100

Hàm lượng kẽm (khối lượng khô) không lớn hơn Mg/kg 750

Hàm lượng thủy ngân (khối lượng khô) không lớn hơn Mg/kg 2

Nguồn: Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, 2002

1.1.5 Lợi ích và hạn chế của quá trình chế biến compost

1.1.5.1 Lợi ích

 Là phương án được lựa chọn để bảo tồn nguồn nước và năng lượng

 Kéo dài tuổi thọ cho các bãi chôn lấp

 Ổn định chất thải : Các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình chế biến Compost sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ dễ thối rữa sang dạng ổn định, chủ yếu là các chất vô cơ ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất hoặc nước

 Làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh : Nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 600C, đủ để làm mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất một ngày Các sản phẩm của quá trình chế biến Compost có thể thải bỏ an toàn trên đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất

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

và PO4

3-

thích hợp cho cây trồng Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến Compost bổ sung dinh dưỡng cho đất có khả năng làm giảm thất thoát dinh dưỡng do rò rỉ vì các chất dinh

dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn

 Làm khô bùn : Phân người, phân động vật và bùn chứa khoảng 80 – 95% nước,

do đó chi phí thu gom vận chuyển và thải bỏ cao Làm khô bùn trong quá trình ủ phân Compost là phương pháp lợi dụng nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học làm bay hơi nước chứa trong bùn

 Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng : Trong đất bón phân vi sinh với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh cho cây trồng hơn so với các loại phân hóa học khác

1.1.5.2 Hạn chế

 Hàm lượng chất dinh dưỡng trong Compost không thoả mãn yêu cầu

 Do đặc tính của chất thải hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào thời gian, khí hậu và phương pháp chế biến phân, dẫn đến tính chất của sản phẩm cũng khác nhau Bản chất của vật liệu làm Compost thường làm cho sự phân bố nhiệt độ trong khối phân không đồng đều, do đó khả năng làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh trong sản phẩm Compost cũng không hoàn toàn

 Quá trình sản xuất Compost tạo mùi khó chịu nếu không thực hiện quy trình chế biến đúng cách

 Hầu hết các nhà nông vẫn thích sử dụng phân hóa học vì không quá đắt tiền, dễ

sử dụng và tăng năng suất cây trồng một cách rõ ràng

1.1.6 Một số phương pháp chế biến compost ở Việt Nam

1.1.6.1 Phương pháp ủ theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức

Trong phương pháp này, vật liệu ủ được sắp xếp thành đống hoặc luống dài Không khí được cung cấp cho hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí qua hệ thống phân phối khí như ống phân phối khí hoặc sàn phân phối khí Chiều cao luống hay đống ủ khoảng 2 – 2,5m

Để kiểm soát quá trình phân hủy hiếu khí bên trong khối ủ, mỗi khối ủ thường được trang bị một máy thổi khí Lượng không khí cung cấp phải đảm bảo đủ nhu cầu oxy cho quá trình chuyển đổi sinh học và nhằm kiểm soát nhiệt độ trong khối ủ

Thời gian cần thiết cho quá trình ủ khoảng 3 – 5 tuần Phần mùn sau khi ủ được đem đi sàng tinh nhằm thu được sản phẩm phân chất lượng cao

Trong một vài trường hợp, những vật liệu có kích thước lớn, độ ẩm thấp như mạt cưa, gỗ vụn được thêm vào để kiểm soát độ ẩm của khối ủ ở mức tối ưu

a Ưu điểm

 Dễ kiểm soát khi vận hành hệ thống, đặc biệt là kiểm soát nhiệt độ và nồng

độ Oxi trong luống ủ

 Giảm mùi hôi và mầm bệnh

 Thời gian ủ ngắn (3 – 6 tuần)

Hình 1.1: Phương pháp ủ đống với thổi khí cưỡng bức.

 Nhu cầu sử dụng đất thấp và có thể vận hành ngoài trời hoặc có che phủ

b Nhược điểm

 Hệ thống phân phối khí dễ bị tắt nghẽn, cần bảo trì thường xuyên

 Chi phí bảo trì hệ thống và năng lượng thổi khí làm chi phí của phương pháp này cao hơn thổi khí thụ động

1.1.6.2 Phương pháp ủ theo luống dài (đánh luống cấp khí tự nhiên)

 Quy trình công nghệ phương pháp ủ theo luống dài

Dạng đánh luống cấp khí tự nhiên là quá trình ủ phân trong đó CTR được sắp xếp theo các luống dài, hẹp và được đảo trộn theo một chu kỳ nhất định nhằm cấp khí cho luống ủ

Thành phẩm Đóng bao

Phối trộn

Đất, mạt cưa,

Đảo trộn, nước

Hình 1.3: Ủ compost theo luống dài.

Hình 1.2: Quy trình công nghệ phương pháp ủ theo luống dài

Các luống ủ có chiều cao thay đổi từ 1m (đối với nguyên liệu có mật độ dày như phân) đến 3,5m (đối với nguyên liệu nhẹ như lá cây) Chiều rộng luống ủ thay đổi thay đổi từ 1,5-6m

Không khí (oxy) được cung cấp tới hệ thống bằng các con đường tự nhiên như

do khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt… Các luống phân được xáo trộn định kỳ thường xuyên nhằm trộn đều CTR trong luống phân, trộn đều độ ẩm và hỗ trợ cho thổi khí thụ động Việc xáo trộn được thực hiện bằng xe xúc hoặc bằng xe xáo trộn chuyên dụng Các thiết bị sử dụng được xác định theo hình dạng thực tế của luống ủ

Tốc độ làm thoáng khí phụ thuộc độ xốp của đống ủ Luống ủ với các nguyên liệu nhẹ như lá cây có tốc độ thoáng khí lớn hơn tốc độ thoáng khí của luống ủ với nguyên liệu phân Nếu luống ủ quá lớn, các vùng kỵ khí có thể xuất hiện ở khu vực trung tâm, điều này sẽ tạo ra mùi khi luống ủ được đảo trộn Ngược lại, Các luống ủ nhỏ sẽ mất nhiệt quá nhanh và không thể đạt được nhiệt độ đủ lớn để diệt vi sinh vật gây bệnh và bay hơi ẩm

Đảo trộn sẽ làm cho nguyên liệu ủ được trộn đều, tạo lại độ xốp của đống ủ, loại trừ các khoảng trống tạo ra bởi sự phân hủy và sa lắng Đảo trộn sẽ làm xáo trộn các vật liệu bên trong và bên ngoài đống ủ Điều này sẽ làm cho tất cả các vật liệu được tiếp xúc với không khí phía bên ngoài và nhiệt độ cao phía bên trong của đống ủ Bằng cách này, tất cả các vật liệu sẽ được phân hủy với tốc độ như nhau và các vi sinh vật gây bệnh, ấu trùng của côn trùng có cánh sẽ bị diệt Thêm vào đó, đảo trộn sẽ xé nhỏ các phần tử rác để gia tăng diện tích bề mặt và các vật liệu được trộn lẫn nhau

a Ưu điểm

 Do xáo trộn thường xuyên nên chất lượng phân hữu cơ đồng đều

 Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp vì không cần hệ thống cung cấp oxy cưỡng bức

 Kỹ thuật đơn giản

b Nhược điểm

 Cần nhiều nhân công

 Thời gian ủ dài ( 3-6) tháng

 Do sử dụng thổi khí thụ động nên khó quản lý, đặc biệt là khó kiểm soát nhiệt

độ và mầm bệnh

 Xáo trộn luống ủ thường gây thất thoát nitơ và gây mùi

 Quá trình ủ bị phụ thuộc vào thời tiết, ví dụ như mưa có thể gây ảnh hưởng bất lợi cho quá trình ủ

 Phương pháp thổi khí thụ động cần một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc vàloại vật liệu tạo cấu trúc phù hợp với phương pháp này thì khó tìm hơn so với các phương pháp khác

 Diện tích đất cần thiết lớn

1.1.6.3 Phương pháp ủ trong container

Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container hoặc thùng kín, túi đựng hay trong nhà Thổi khí cưỡng bức thường được sử dụng cho phương pháp ủ này Có nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể

di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng quay

Trong bể di chuyển theo phương ngang, CTR được ủ trong một hoặc nhiều ngăn phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ Vật liệu ủ được di chuyển liên tục dọc theo chiều dài của ngăn phản ứng trong suốt quá trình ủ

Trong Container thổi khí, vật liệu được chứa trong các loại container khác nhau như thùng chứa chất thải rắn hay túi polyethylene…vv Thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho phương pháp ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn trong container Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ có thể được lấy ra và xáo trộn bên ngoài, sau đó cho vào container lại

Trong thùng quay, vật liệu được ủ trong một thùng xoay chậm theo phương ngang với thổi khí cưỡng bức

a Ưu điểm

 Ít nhạy cảm với điều kiện thời tiết

 Khả năng kiểm soát quá trình ủ và kiểm soát mùi tốt hơn

 Thời gian ủ ngắn hơn so với phương pháp ủ ngoài trời

 Nhu cầu sử dụng đất nhỏ hơn các phương pháp khác

 Chất lượng Compost tốt

b Nhược điểm

 Vốn đầu tư cao

 Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao

 Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao

1.1.7 Một số công nghệ chế biến compost trên thế giới

1.1.7.1 Hệ thống Coposting Lemna

Hệ thống làm phân hữu cơ Lemna là một công nghệ kỹ thuật kín được cấp bằng sáng chế độc quyền Công nghệ Lemna sử dụng các túi lớn có hàm lượng polythene thấp để chứa và bảo vệ CTR hữu cơ được thổi khí nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình phân hủy sinh học tự nhiên để sản xuất ra phân bón hữu cơ chất lượng cao Từ khâu xử

lý nguyên liệu đầu vào cho đến giai đoạn sản xuất cuối cùng thành phẩm phân hữu cơ

và các sản phẩm phụ khác có thể bán được, thì việc thiết kế quy trình và chất lượng thiết bị tiên tiến được sử dụng trong hệ thống Lenma luôn đảm bảo được sự kiểm soát đáng tin cậy quy trình xử lý

Quy trình công nghệ composting Lemna

CTR Trạm kiểm tra Tiếp nhận CTR Phân loại Cắt

Chất phụ gia

Hình 1.4: Quy trình công nghệ của Lemna

1.1.7.2 Công nghệ compost Steinmueller – Đức

Là một hệ thống xử lý CTR hoàn chỉnh với quy trình xử lý sinh học tự nhiên trong điều kiện cần thiết để biến đổi các thành phần chất hữu cơ từ rác thành phân vi sinh vật Công nghệ compost Steinmueller dựa trên quá trình phân huỷ hiếu khí các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật

Quy trình công nghệ compost Steinmueller – Đức

Ủ thổi khí cưỡng bức

Nilon, giấy, thuỷ tinh …

Tạp chất kích thước lớn sàng

Tái sử dụng hoặc chôn lấp

Hình 1.5: Quy trình công nghệ compost Steinmueller – Đức

1.1.7.3 Công nghệ sản xuất phân DANO – Đan Mạch

 Quy trình công nghệ sản xuất

Tập trung thu gom rác thải sin hoạt về nhà máy

Trạm cân

Phân loại rác

Ống ổn định sinh hóa

Băng tải từ Băng tải cào

Thổi khí

Rác phế phẩm

Băng tải ngang

Bãi phế liệu

Hình 1.6: Quy trình công

nghệ của DANO

 Ưu điểm:

 Mức độ tự động hóa và cơ giới hóa tương đối cao

 Chi phí đầu tư ban đầu hợp lí

 Giảm được rất nhiều công việc lao động thủ công cho công nhân trong môi trường độc hại

 Rác trước khi đem ủ được sàng phân loại, băm với kích thước vừa phải, được đảo trộn đều nên phân hủy tốt và đồng đều

 Phân hữu cơ có chất lượng cao do được loại hầu hết các tạp chất

 Khối lượng phế thải đem chôn lấp thấp

 Nhược điểm:

 Chi phí xây dựng nhà xưởng tương đối lớn

 Chi phí vận hành, bảo dưỡng tương đối cao

 Yêu cầu công nhân vận hành phải được đào tạo kỹ thuật cẩn thận

1.1.7.4 Hệ thống sản xuất compost Naturizer

Hệ thống sản xuất compost Naturizer đầu tiên là mô hình của phương pháp sàn đảo trộn (“tumbling floor approach”) Hệ thống gồm 2 silo (tạm dịch: tháp ủ) đứng cạnh nhau.Mỗi silo có 3 lớp sàn Điểm đặc biệt của tháp ủ là các sàn được cấu tạo bởi những máng hình chữ V đặt sát nhau.Vật liệu compost có thể đổ từ sàn cao hơn xuống sàn thấp hơn ngay phía dưới bằng cách đảo ngược các máng này ở sàn trên

Rác thái được đưa đến xử lý sẽ được chuyển bằng băng chuyền đổ vào sàn trên cùng của silo thứ nhất, thời gian lưu lại trên sàn trong khoảng 24 giờ Sau đó, chất thải được đổ xuống sàn giữa, tiếp tục lưu lại 24 giờ lần thứ 2, rồi sau đó được đổ xuống sàn đáy silo Sau khi được giảm kích thước, vật liệu compost tiếp tục được chuyển đến sàn cao nhất của silo thứ 2, và quá trình lặp lại giống như ở silo thứ 1

Thời gian lưu trong cả 2 silo, cái trước cái sau, khoảng 6 ngày Sau khi chuyển

ra khỏi silo thứ 2, vật liệu compost sẽ được đánh luống và được để cho “trưởng thành” với khoảng thời gian từ 1 đến 2 tháng

1.1.7.5 Hệ thống sản xuất compost dạng trong kênh mương

Hệ thống này kết hợp giữa thổi khí và đảo trộn Nó sử dụng 1 con kênh hoặc thiết bị phản ứng hở, đặt nằm ngang khá dài Đáy kênh hay đáy thiết bị được đục lỗ phía dưới và thiết bị được trang bị 1 máy đảo trộn di động để đảo trộn vật liệu

Những loại hệ thống này đôi khi cũng được gọi tên là hệ thống “sàn được thổi khí và đảo trộn ” (Thông thường máy đảo trộn sử dụng kiểu băng tải di động không ngừng -

“travelling endless belt” hay là trống quay – “rotting drum”)

Bên cạnh hiệu quả hoạt động của máy đảo trộn vật liệu, khối compost còn được thông khí nhờ được thổi khí thông qua những lỗ nhỏ dưới đáy máng

Thông thường nếu điều chỉnh tần suất di chuyển (hoạt động) của thiết bị đảo trộn một cách thích hợp thì người ta có thể không cần thổi khí mà vẫn không làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Tuy nhiên, đôi khi người ta vẫn sử dụng biện pháp thổi khí nếu muốn kiểm soát nhiệt độ

Chu trình sản xuất compost bắt đầu bằng việc đổ rác thải đã được giảm kích thước vào bể, sau đó thiết bị đảo trộn di động sẽ di chuyển để tiến hành đảo trộn đống rác thải Đồng thời khí sẽ được thổi xuyên qua đống vật liệu Thiết bị đảo trộn đảo toàn

bộ đống vật liệu sản xuất compost mỗi ngày một lần Nhà sản xuất đề nghị thời gian lưu trong máng nên là 6 ngày Sau đó vật liệu sản xuất compost sẽ tiếp tục được đánh luống trong 1 đến 2 tháng Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hệ thống sản xuất compost sử dụng những thiết kế tương tự như hệ thống Metro

Hình 1.7: Hệ thống sản xuất compost dạng trong kênh mương

1.1.7.6 Buồng ủ compost Fairfield

Thiết bị này có đặc điểm là làm thoáng khí bằng cách sử dụng thiết bị khuấy trộn kết hợp với thổi khí Cấu tạo gồm một bể hở hình trụ trong đó có gắn 1 dãy những mũi khoan rỗng, ở mép mũi khoan có đục lỗ Những mũi khoan được đỡ bởi một cầu nối gắn với trục ở trung tâm của bể phản ứng

Cầu nối cùng với tập hợp các mũi khoan được quay chầm chậm bản thân các mũi khoan cũng xoay khi cầu nối quay Không khí thoát ra từ những lỗ đục lỗ trên mũi khoan và xâm nhập vào vật liệu compost khi mũi khoan đi xuyên qua khối compost Thời gian lưu compost trong buồng ủ compost Fairfield không xác định Nếu thời gian lưu nhỏ hơn 2 hoặc 3 tuần thì vật liệu phải được đánh luống để đảm bảo sản phẩm compost ổn định

1.1.8 Một số đề tài đã nghiên cứu về compost

- Nghiêm Vân Khanh, “ Nghiên cứu quá trình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng

công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong điều kiện Việt Nam”, Luận án tiến sỹ kỹ

thuật, trường ĐH Xây dựng Hà Nội, 2012

- Nguyễn Mai Trung, với đề tài “Xử lý hỗn hợp bùn hầm cầu thành phân bón

compost”, luận văn cao học, Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM, 2010

- Đặng Thị Nhân, “ nghiên cứu sản xuất phân compost từ vỏ khoai mì phục vụ

cho nông nghiệp sinh thái”, đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM, năm 2011

- Trần Xuân Huy, “Nghiên cứu ẩn xuất compost từ vỏ cà phê”, đồ án tốt

nghiệp, trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM, năm 2010

- Báo cáo nghiên cứu khoa học của Cty TNHH Công nghệ Nông Lâm đề tài

“Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác thải hữu cơ”,2010

- Đinh Tấn Hải,“Nghiên cứu công nghệ sản xuất compost từ vỏ tiêu đen để

phục vụ cho nông nghiệp”, đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ

TP.HCM, năm 2011

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÂY CACAO

1.2.1 Nguồn gốc và phân loại

1.2.1.1 Nguồn gốc

Nguồn gốc cây cacao là ở lưu vực sông

Amazon, Nam Mỹ Từ đó cây cacao phát triển

sang các nước khác ở Trung và Nam Mỹ, với

hai loài chính là Criollo và Forastero, ngoài ra

còn có một loài phụ nữa là Trinitario là kết

quả của sự tạp giao giữa hai loài Criollo và

Trinitario: Trái vàng nhỏ, có nhiều ở vùng Trung Mỹ ( Trinidad, Jamaica)

1.2.2 Đặc điểm thực vật của cây cacao

Cacao là loài cây thân gỗ nhỏ có thể cao 10 – 20 m nếu mọc tự nhiên trong rừng Trong sản xuất do trồng mật độ cao và khống chế sự phát triển thông qua tỉa cành nên cây thường có chiều cao trung bình khoảng 5 – 7 m, đường kính thân 10– 18 cm Cacao sinh trưởng tốt dưới bóng che, do đó có thể trồng xen với một số loài cây kinh tế khác Thời kỳ kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài từ 25 – 40 năm

Hình 1.8: Cây Cacao

Hoa cacao nhỏ, có đường kính khoảng 10 – 15 mm, hoa có 5 cánh trổ thành từng chùm nhỏ trên gỗ cũ, trên thân và cũng như trên những cành hoặc trên những nhánh ở chỗ lá đã rụng Nụ hoa bắt đầu nở vào buổi chiều và nở hết vào buổi sáng hôm sau Thời gian phát triển của quả từ khi kết trái đến chín thường trong khoảng 5- 6 tháng Ngoài ra, quả non hình thành trên cây ca cao không chín hết được, một số lớn thường khô héo và rụng khỏi cây

Quả ca cao có chiều dài 10 - 30 cm, đường kính 7 - 9 cm Quả có thể cân nặng

từ 200 – 1000 g Tuỳ theo từng loài, hình dạng của quả thay đổi nhiều từ hình cầu, hình dài và nhọn, hình trứng hoặc hình ống Màu sắc của quả khá đa dạng, có loại trái màu xanh, loại màu vàng và loại màu đỏ Đặc tính của quả cacao là khi chín thì vỏ không

nở bung ra và ít bị rụng khỏi cây Mỗi quả ca cao thường chứa 30 - 40 hạt được bao quanh bằng lớp nhầy Lớp nhầy này có vị hơi ngọt và đó chính là cơ chất cho quá trình lên men khi ủ hạt sau này

− Trái có màu đỏ hoặc xanh trước khi chín

Hình 1.9: Cấu tạo quả cacao.

− Trái có dạng dài và có đỉnh nhọn rất rõ ở cuối trái, mang 10 rãnh đều nhau đôi khi phân thành 2 nhóm, ta có thể phân biệt được 2 nhóm do 1 trong số 5 rãnh không rõ nét

− Vỏ thường sần sùi, mỏng, dễ cắt, lớp trong mỏng và ít mô gỗ

− Hạt có tiết diện gần tròn, tử diệp màu trắng ít đắng

− Trái màu xanh hay ôliu, khi chín có màu vàng

− Trái ít có hoặc không có rãnh, bề mặt trơn, đỉnh tròn

− Vỏ dày và khó cắt vì ở trong có nhiều chất gỗ

− Hạt hơi lép, tử diệp có màu tím đậm, lúc tươi có vị chát hay đắng

Nhóm này chiếm phần lớn sản lượng cacao của thế giới (khoảng 80%), thường trồng phổ biến ở Brazil, Venezuela, các nước Tây Phi, Malaysia, Indonesia … và Việt Nam

Ở nước ta nó được trồng ở Vĩnh Long, Tiền Giang, Buôn Ma Thuộc Giống này cho hạt có chất lượng trung bình, năng suất cao và kháng sâu bệnh tốt Hạt của nó lên men chậm hơn loại Criollo

1.2.3.3 Nhóm Trinitario :

Hình1.10: Giống cacao nhóm

Criollo

Là dạng lai giữa Criollo và Forastero, xuất xứ từ Trinidat Trước đây, người Tây Ban Nha trồng loại Criollo, đến năm 1727 đồn điền bị gió lốc phá hủy hoàn toàn và để phục hồi người ta đem loại Forastero nhập từ Amazon sang trồng, từ đó tạo ra những giống lai tạp Trinitario

1.2.4 Thành phần, tính chất hóa học của vỏ cacao

STT Thành phần Trung bình (% tổng lƣợng chất trong vỏ quả)

Nguồn: PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ, Cây Cacao và kỹ thuật chế biến, năm 2009

1.2.5 Tình hình tiêu thụ cacao trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.5.1 Trên thế giới

a Tình hình sản xuất

Cây ca cao được trồng ở 50 quốc gia trên thế giới với diện tích khoảng 5 triệu

ha, tuy nhiên mức cung lại phụ thuộc vào 3 quốc gia chính là Bờ Biển Ngà, Indonesia

Hình1.11: Nhóm cacao

Forastero

Hình1.12: Nhóm cacao

Trinitario

và Ghana, trong đó Bờ Biển Ngà là nước sản xuất nhiều ca cao nhất thế giới, chiếm 40.7% sản lượng toàn cầu, Indonesia chiếm 12% sản lượng, Ghana chiếm 21% ( tháng 5/2012)

Sản lượng ca cao trên thế giới niên vụ 2009/2010 lên tới 3,613 triệu tấn Theo ICCO Annual report 2009/2010, sản lượng xuất khẩu ca cao trên thế giới niên vụ 2009/2010 như sau:

- Châu Phi: sản lượng xuất khẩu niên vụ 2009/2010 đạt 2.458 triệu tấn, tăng 34,000 tấn Trong đó nổi bật là Bờ Biển Ngà với sản lượng xuất khẩu cao nhất đạt 1.273,000 tấn Châu Phi vẫn là nước xuất khẩu cacao lớn nhất thế giới chiếm 68% sản lượng toàn thế giới

- Châu Mỹ: niên vụ 2009/2010 xuất khẩu 522,000 tấn, chiếm 14.4% sản lượng cacao thế giới

- Châu Đại Dương Và Châu Á: niên vụ 2009/2010 xuất khẩu 633,000 tấn, chiếm 17.5 % sản lượng toàn thế giới

Tuy nhiên, niên vụ 2009/2010 thị trường cacao thế giới giảm so với niên vụ 2009/10 Sản xuất cacao là rất nhạy cảm với những thay đổi trong điều kiện thời tiết Một nghiên cứu gần đây của ICCO cho thấy El Nino sự kiện thời tiết giảm năng xuất cacao trung bình 2.4% El Nino kéo dài từ tháng 6 năm 2009 đến tháng 4 năm 2010 Tuy nhiên, tác động của El Nino gần đây ước tính đã nhiều đáng kể hơn trong quá khứ Đặc biệt, tác động của nó vào sản xuất cacao ở Indonesia, thường là một trong những quốc gia hầu hết chịu ảnh hưởng của sự kiện thời tiết này Trong thực tế, mặc dù điều kiện thời tiết bất lợi, sản xuất tại Indonesia tăng lên 535,000 tấn

Bảng 1.5 Tình hình xuất khẩu cacao hạt trên thế giới ( đơn vị: nghìn tấn)

2007/08 2008/09 2009/10

Côte d’Ivoire 1382 1222 1242

Sau khi giảm mạnh trong hoạt động chế biến cacao trong năm 2008/09 vừa qua,

do kinh tế suy thoái, nhu cầu đối với hạt cacao tăng trở lại trong năm 2009/2010 Với

sự cải tiến tình hình kinh tế trên thế giới và sự gia tăng trong tiêu thụ sô cô la toàn cầu, Ban Thư ký ICCO ước tính rằng nhu cầu đối với hạt cacao tăng 4.8% trong năm 2009/2010, đạt 3.659 triệu tấn Tuy nhiên, nhu cầu này vẫn còn dưới mức trước khủng hoảng cao nhất từng đạt được 3.749 triệu tấn trong năm 2007/2008

Bảng 1.6 Tình hình tiêu thụ cacao hạt trên thế giới ( đơn vị: nghìn tấn)

2007/08 2008/09 2009/10

Nguồn: ICCO Quarterly Bulletin of Cocoa Statistics, Vol XXXVI, No 4, Cocoa

năm 2011 đạt khoảng 20,589 ha, so với năm 2010 diện tích cacao trồng mới tăng thêm 4,404 ha

Trong số các địa phương có diện tích trồng cacao cho thấy khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích trồng cacao lớn nhất là 9,318 ha và được trồng chủ yếu ở các tỉnh Bến Tre, Tiền Giang, Vĩnh Long, Trà Vinh, Bạc Liêu, Hậu Giang, Sóc Trăng, Cần Thơ Khu vực có diện tích trồng đứng thứ hai là Đông Nam Bộ với diện tích 7,424

ha và khu vực Tây Nguyên có diện tích trồng thấp nhất là 3,827 ha

Theo VCC, kế hoạch sản xuất cacao đến cuối năm 2011 đạt 26,732 ha, tăng thêm 6,143 ha so với thời điểm hiện tại và dự báo đến năm 2015 diện tích cacao trên cả nước sẽ đạt 53,580 ha Tuy nhiên trong số liệu này vẫn còn nhiều tỉnh có ý định phát triển cacao nhưng chưa có kế hoạch và chỉ tiêu diện tích cụ thể Báo cáo tại hội nghị cho thấy từ năm 2010 đến nay giá cacao luôn ở mức cao và khá ổn định, bình quân trên 50,000 – trên 60,000 đồng/kg hạt khô, làm tăng thu nhập cho người nông dân trồng ca cao từ 15 – 20 triệu đồng/ha Đối với các hộ nông dân có đầu tư thâm canh, thu nhập từ cacao có thể đạt mức 60 – 70 triệu đồng/ha Ngoài ra, thu nhập từ sản lượng các cây trồng xen với cacao như dừa, điều, cây ăn trái khác… cũng góp phần đáng kể nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất của nông dân trồng cacao

Thị trường thu mua cacao tại Việt Nam hiện nay đang có rất nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước tham gia thu mua Trong nước có các công ty thu mua cacao như: Phạm Minh, Thành Hưng Thịnh, Phú Bình, Thảo Li, Thành Đạt, Nguyên Lộc, Trọng Đức, Cao Nguyên Xanh, Cacao A1,… Các công ty nước ngoài như: Cargill, Armazaro, Olam, Touton, Grand Place,… với sự tham gia thu mua hạt cacao của nhiều công ty đã tạo nên một thị trường cạnh tranh, từ đó tạo tâm lý an tâm cho người nông dân mạnh dạn đầu tư mở rộng diện tích trồng mới cacao

b Tình hình tiêu thụ

Thời gian gần đây, thị trường tiêu thụ cacao ngày càng rộng mở với hàng chục doanh nghiệp trong và ngoài nước chế biến cacao xuất khẩu, với giá thu mua cacao hạt

cho bà con nông dân trên 50.000 đồng/kg Năm 2011, cả nước đã xuất khẩu được 240 tấn hạt cacao, đạt kim ngạch 520.000 USD Các công ty nước ngoài đang có xu hướng đến Việt Nam thu mua cacao Doanh nghiệp trong nước cũng mạnh dạn đầu tư hàng triệu USD, xây dựng nhà máy chế biến cacao

Năm 2005, công ty TNHH Cargill Việt Nam, doanh nghiệp 100% vốn của Mỹ ở Đồng Nai, đã chi ra cả tỷ đồng để lập trạm thu mua cacao ở Bến Tre, sau đó mở tiếp trạm thu mua ở Daklak, những địa phương có diện tích trồng cacao lớn hiện nay

Năm 2006, Công ty TNHH Thuận Kiều ở Bình Dương đã đầu tư xây dựng một nhà máy chế biến cacao đầu tiên của Việt Nam tại Bến Tre Ông Lý Văn Phước, Giám đốc công ty, cho biết nhà máy có vốn đầu tư dự kiến 5 triệu USD trong giai đoạn 1 và

sẽ tăng lên 10 triệu USD sau khi nguồn nguyên liệu trong nước dồi dào

Cacao Việt Nam được xuất khẩu dưới 2 dạng: thô và thành phẩm Trong đó, xuất khẩu thành phẩm thu được lợi nhuận lớn hơn Nếu bán cacao sơ chế chỉ có thể lãi 15%, trong khi đó, sản phẩm từ cacao như kẹo, bột có thể lãi đến 400% Chính vì vậy, một số công ty đã đẩy mạnh việc đầu tư dây chuyền sản xuất tại thị trường Việt Nam như Grand Place hay Vinacacao Ngay từ năm 2007, Vinacacao đã đầu tư nhà máy sản xuất tại Bến Tre để sản xuất 15 loại sản phẩm tiêu thụ trong nước với kinh phí đầu tư

40 triệu USD Tuy nhiên, công ty này đang phải nhập khẩu gần 70% nguyên liệu từ Malaysia với giá cao hơn trong nước đến 10% để sản xuất

Đối với thị trường tiêu thụ trong nước, công nghiệp chế biến cacao ở nước ta đang phát triển, như các nhà máy chế biến bánh kẹo ở Quảng Ngãi và TP.HCM cũng phải nhập nguyên liệu bột và bơ cacao, trong nước sản xuất còn quá ít không đủ cung cấp cho thị trường nội địa Hàng năm, các nhà máy chế biến bánh kẹo, thức uống của Việt Nam phải nhập khoảng 1.000 tấn cacao bột và một số ít bơ cacao tương đương khoảng 2.700 tấn hạt cacao khô

1.3 BÙN HOẠT TÍNH

1.3.1 Bùn hoạt tính là gì?