Xử lý hỗn hợp bùn hầm cầu thành phân bón compost

Luận văn cao học Lời mở đầu Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung LỜI MỞ ĐẦU Luận văn cao học Lời mở đầu Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung Hiện nay, tốc độ đô thị hóa đã dẫn đến hiện tượng phát sinh chất thải sinh hoạt ngày ngày càng tăng và gây ô nhiễm môi trường, đặt biệt là chất thải từ bùn hầm cầu. Trước thực trạng trên, đề tài “Xử lý hỗn hợp bùn hầm cầu thành phân bón compost” được thực hiện nhằm đưa ra những ưu điểm và lợi ích của việc sử dụng bùn hầm cầu làm phân bón trong nông nghiệp, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường. Qua đó, tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Phước và t hầy Ngô Đại Nghiệp đã tận tình đóng góp ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn đến các cơ quan, đơn vị đã tạo điều kiện cho tôi lấy mẫu và tiến hành khảo sát thí nghiệm: - Xí nghiệp Dịch vụ Môi trường - Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị TPHCM. - Nhà máy phân bón Hòa Bình – Xã Đa Phước – Huyện Bình Chánh. - Công ty TNHH Gia Tường – Huyện Dĩ An – Tỉnh Bình Dương. - Phòng thí nghiệm Sinh hóa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TPHCM. Với kết quả đạt được từ thí nghiệm, tôi hy vọng đề tài sẽ là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu thực tiễn sâu hơn nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất bùn hầm cầu thành phân compost dưới quy mô công nghiệp và tự động hóa, góp phần xử lý hiệu quả bùn hầm cầu và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón trong nông nghiệp. Nguyễn Mai Trung Luận văn cao học 1 Đặt vấn đề Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung ĐẶT VẤN ĐỀ Luận văn cao học 2 Đặt vấn đề Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, ngành nông nghiệp cũng đã có những thay đổi rất đáng kể. Nhiều máy móc tiên tiến, công nghệ trồng trọt, giống mới đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong nông nghiệp. Việt Nam là nước nông nghiệp nên phân bón và giống được xem là 2 yếu tố có tính quyết định đến năng suất và chất lượng. Nông nghiệp hiện nay chủ yếu sử dụng phân bón hóa học quá nhiều, vì thế dư lượng các chất hóa học trong các loại phân bón này gây ô nhiễm m ôi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng nhiều đến sinh vật cũng như con người. Bên cạnh đó, việc tận dụng bùn hầm cầu đã qua xử lý làm phân bón ở nước ta chưa thật sự phổ biến. Nông dân thường sử dụng trực tiếp bùn hầm cầu chưa qua xử lý để bón trực tiếp lên rau trồng, còn lại thì đổ ngoài cống rãnh, gây ô nhiễm môi trường. Bùn hầm cầu là một nguồn phân hữu cơ quý báu và an toàn mà từ trước tới nay chúng ta đã không tận dụng hợp lý cho mục đích nông nghiệp. Trước thực trạng trên, đề tài “Xử lý hỗn hợp bùn hầm cầu thành phân bón compost” được đặt ra nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của hỗn hợp vi sinh vật: Bacillus subtilis, Actinomycetes sp, Aspergillus niger lên bùn hầm cầu thông qua sự thay đổi các chỉ tiêu hóa sinh trong các lô thí nghiệm. Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm: khảo sát các chỉ tiêu sinh hóa có trong hỗn hợp bùn hầm cầu và so sánh với tiêu chuẩn quy định sử dụng chất thải rắn làm phân bón của Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn Việt Nam. Qua khảo sát thí nghiệm, chúng tôi có thể chọn ra thời điểm ủ phân và hàm lượng hỗn hợp vi sinh vật thích hợp để phân hủy bùn hầm cầu làm phân bón. Bùn hầm cầu sau khi được xử lý bằng phương pháp ủ hiếu khí với hỗn hợp vi sinh: Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Actinomycetes sp sẽ đảm bảo các tiêu chuẩn làm phân bón trong nông nghiệp mà không gây ô nhiễm môi trường. Luận văn cao học Mục lục Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Công tác quản lý chất thải rắn (CTR) 4 1.1.1. Tình hình quản lý chất thải rắn ở TPHCM 4 1.1.2. Hiện trạng xử lý bùn hầm cầu tại TPHCM 6 1.2. Nghiên cứu trong nước và ngoài nước 7 1.2.1. Nghiên cứu trong nước 8 1.2.2. Nghiên cứu ngoài nước 12 1.3. Xử lý chất thải hữu cơ thành phân compost 13 1.3.1. Giới thiệu về ủ bùn hầm cầu làm phân bón compost 13 1.3.2. Nhóm vi sinh vật bổ sung vào quá trình ủ bùn hầm cầu 15 1.3.2.1. Bacillus subtilis 15 1.3.2.2. Aspergillus niger 16 1.3.2.3. Actinomycetes.sp 17 1.3.3. Các quá trình trao đổi chất của vi sinh vật trong bùn hầm cầu 19 1.3.4. Nhu cầu dinh dưỡng cho sự phát triển của vi sinh vật 20 1.4. Điều kiện môi trường ảnh hưởng đến quá trình ủ phân compost 22 1.4.1. Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến quá trình ủ phân compost 23 1.4.1.1. Nhiệt độ 23 1.4.1.2. Độ ẩm 25 1.4.1.3. Kích thước hạt 26 1.4.1.4. Độ xốp 27 1.4.2. Các phản ứng hóa sinh diễn ra trong quá trình phân hủy hữu cơ 27 1.4.3. Kích thước và hình dạng hệ thống ủ phân hữu cơ 29 Luận văn cao học Mục lục Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung 1.4.4. Các yếu tố hóa sinh ảnh hưởng đến quá trình ủ phân compost 30 1.4.4.1. Tỉ lệ C:N 30 1.4.4.2. Oxy 32 1.4.4.3. Nguồn dinh dưỡng 33 1.4.4.4. Độ pH 33 1.4.5. Chất lượng phân hữu cơ compost 33 1.4.6. Vai trò của phân hữu cơ compost trong nông nghiệp 35 1.4.7. Mục đích, lợi ích và hạn chế của quá trình chế biến phân hữu cơ compost 37 1.4.7.1. Mục đích và lợi ích của quá trình làm phân hữu cơ compost 37 1.4.7.2. Những hạn chế của quá trình làm phân hữu cơ compost 38 CHƯƠNG 2 :VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 39 2.1. Quy trình xử lý bùn hầm cầu thành phân compost 40 2.2. Vật liệu – địa điểm thí nghiệm 40 2.3. Thiết kế thí nghiệm xử lý bùn hầm cầu ở điều kiện hiếu khí 40 2.3.1. Mục đích chọn đối tượng vi sinh vật nghiên cứu 40 2.3.2. Thiết kế thí nghiệm 40 2.4. Thiết bị và hóa chất thí nghiệm 42 2.5. Phương pháp khảo sát các chỉ tiêu hóa lý trong bùn hầm cầu 43 2.5.1. Xác định độ ẩm 43 2.5.2. Xác định độ pH 44 2.5.3. Xác định chất hữu cơ bằng phương pháp so màu (theo Grham) 44 2.5.4. Xác định chất rắn tổng cộng, chất rắn bay hơi và hàm lượng tro 45 2.5.4.1. Xác định chất rắn tổng số (TS – Total Solid) 45 2.5.4.2. Xác định chất rắn bay hơi (VS – Volatile Solid) 45 2.5.4.3. Xác định hàm lượng tro 45 2.5.5. Xác định nitơ tổng số (Phương pháp Kjedahl) 45 2.5.6. Xác định các thành phần khoáng : Cu, Fe, Mn, Ca, Mg, Na, Zn. 47 2.5.7. Phương pháp phân tích thống kê 47 Luận văn cao học Mục lục Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM – BIỆN LUẬN 48 3.1. Xác định số lượng vi sinh vật trước khi bổ sung vào bùn hầm cầu 49 3.2. Các chỉ tiêu hoá lý trong bùn hầm cầu trước khi ủ hiếu khí với hỗn hợp vi sinh vật 49 3.3. Khảo sát nhiệt độ trong các lô thí nghiệm 50 3.4. Khảo sát độ pH trong các lô thí nghiệm 52 3.5. Khảo sát độ ẩm trong các lô thí nghiệm 54 3.6. Khảo sát hàm lượng nitơ tổng số trong các lô thí nghiệm 55 3.7. Khảo sát hàm lượng phospho và kali trong các lô thí nghiệm 57 3.8. Khảo sát hàm lượng carbon tổng số trong các lô thí nghiệm 60 3.9. Khảo sát hàm lượng chất hữu cơ (Organic matter - OM) trong các lô thí nghiệm 62 3.10. Khảo sát hàm lượng chất rắn bay hơi (Volatile solid - VS) trong các lô thí nghiệm 64 3.11. Khảo sát hàm lượng tro trong các lô thí nghiệm 66 3.12. Kết quả thí nghiệm tối ưu 68 CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 71 4.1. Kết luận 72 4.2. Đề nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Luận văn cao học Danh mục Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bộ NNPTNT: Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn CT: công thức CTR: chất thải rắn DS (Dissolve Solid): chất rắn hòa tan ĐBSCL: đồng bằng sông Cửu Long EM (Effective Microoganisms): vi sinh vật hữu hiệu HTL: hòa tan lân PCR (Poly Chain Reaction): phản ứng chuỗi trùng hợp hay phản ứng khuếch đại gen PSM – phosphate solubilizing microorganisms: vi sinh vật hòa tan lân TPHCM: thành phố Hồ Chí Minh TS (Total Solid): chất rắn tổng số VS (Volatile Solid): chất rắn bay hơi XLCT: xử lý chất thải Luận văn cao học Danh mục Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tỷ lệ gia tăng chất thải rắn sinh hoạt từ năm 1992 - 2009 5 Bảng 1.2: Các chất nhận điện tử trong các phản ứng của vi sinh vật 19 Bảng 1.3: Chức năm sinh lý của nguyên tố vi lượng 20 Bảng 1.4: Chức năm sinh lý của nguyên tố vi lượng 21 Bảng 1.5: Phân loại vi sinh vật theo nguồn carbon và nguồn năng lượng 22 Bảng 1.6: Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật 23 Bảng 1.7: tỉ lệ C:N theo thời gian phân hủy 31 Bảng 1.8: Hàm lượng nitơ và tỉ lệ C:N trong các loại chất thải 31 Bảng 1.9: Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí 34 Bảng 3.1: Số lượng vi sinh vật trong 1 gam môi trường bán rắn 49 Bảng 3.2: Một số chỉ tiêu dinh dưỡng khảo sát có trong bùn hầm cầu trước khi ủ 49 Bảng 3.3: Kết quả khảo sát nhiệt độ 50 Bảng 3.4: Diễn biến nhiệt độ trong các khối ủ 50 Bảng 3.5: Kết quả khảo sát pH trong các khối ủ 52 Bảng 3.6: Kết quả khảo sát độ ẩm trong các khối ủ 54 Bảng 3.7: Kết quả khảo sát hàm lượng nitơ tổng số trong các khối ủ 55 Bảng 3.8: Kết quả khảo sát phospho trong các khối ủ 57 Bảng 3.9: Kết quả khảo sát kali trong các khối ủ 59 Bảng 3.10: Kết quả khảo sát hàm lượng carbon tổng số trong các khối ủ 60 Bảng 3.11: Tỉ lệ C:N trong các khối ủ 61 Luận văn cao học Danh mục Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung Bảng 3.12: Kết quả khảo sát hàm lượng chất hữu cơ trong các khối ủ 63 Bảng 3.13: Kết quả khảo sát chất rắn bay hơi trong các khối ủ 64 Bảng 3.14: Kết quả khảo sát hàm lượng tro trong các khối ủ 66 Bảng 3.15: Kết quả khảo sát các chi tiêu được xác định ở ngày thứ 20 68 Bảng 3.16: So sánh kết quả thí nghiệm với phân bón Ami-Ami của công ty Ajinomoto 69 Bảng 3.17: So sánh điều kiện ủ bùn hầm cầu từ thí nghiệm với phương pháp ủ của công ty phân bón Hòa Bình 69 Bảng 3.18: Bảng ước tính chi phí xử lý 1 tấn bùn hầm cầu thành phân bón 70 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cơ sở duy nhất tiếp nhận bùn hầm cầu Hòa Bình của TPHCM 7 Hình 1.2: Công đoạn lọc, xử lý để cho ra nước sạch tại nhà máy xử lý chất thải hầm cầu Hòa Bình 8 Hình 2.1: Máy cất đạm Parnas - Wargner 43 Hình 3.1: Khảo sát nhiệt độ phân ủ bằng nhiệt kế 51 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân 24 Sơ đồ 1.2: Sơ đồ hệ thống sản xuất phân hữu cơ liên tục 26 Sơ đồ 2.1: Quy trình xử lý bùn hầm cầu thành phân bón bằng hỗn hợp vi sinh 40 [...]... hôi của phân; - EM còn được dùng để làm sạch môi trường nước thủy sản 1.3 Xử lý chất thải hầm cầu thành phân compost 1.3.1 Giới thiệu về ủ bùn hầm cầu làm phân compost Bùn hầm cầu bao gồm phân, giấy vệ sinh, phụ gia carbon và chất thải thực phẩm, là nơi vi khuẩn hiếu khí và nấm phân hủy chất thải Các sản phẩm cuối cùng kết quả là một nguyên liệu ổn định giống như đất được gọi là chất mùn Ủ phân compost. .. đường ruột" Hiện nay, các hộ dân ngoại thành vẫn có thói quen sử dụng trực tiếp bùn hầm cầu (chưa qua xử lý) làm phân bón cho các loại rau xanh dùng hằng ngày Hình 1.1: Cơ sở duy nhất tiếp nhận bùn hầm cầu Hòa Bình của TPHCM Nếu khoảng 500 tấn chất thải bùn hầm cầu trong một ngày thải đổ xuống ao rau muống, ao cá, sông rạch hoặc dùng làm phân bón do các xe hút hầm cầu tháo đổ sẽ dễ lan tràn vào môi trường... sản xuất phân bón Hòa Bình hoạt động từ năm 1987 đến nay và hiện đang tiếp nhận, xử lý chất thải hầm cầu để chế biến thành phân bón Mỗi ngày, tiếp nhận khoảng 75 - 80% loại chất thải này của toàn thành phố, tức khoảng 2/3 khối lượng bùn hầm cầu Số còn lại, các đơn vị tư nhân tự ý đổ bỏ vào hệ thống kênh rạch, hố ga thoát nước ở khu vực ngoại ô [1]; [5] Theo Trung tâm y tế dự phòng: "Công ty xử lý chất... được tạo thành từ chế phẩm vi sinh chọn lọc và cơ chất hữu cơ đã được xử lý Thành phần của phân vi sinh Biogro bón qua rễ gồm có: 1,0 x 106-107 (CFU/g) vi sinh vật cố định đạm; 4,0 x 106-107 (CFU/g) vi sinh vật phân giải lân và trên 8,4% chất mang bao gồm các chất hữu cơ đã được xử lý như bùn rác, than bùn Tác dụng của phân vi sinh Biogro: dùng phân vi sinh có thể thay thế được 50-100% lượng phân đạm... tác quản lý nhà nước trong lĩnh vực thu gom, vận chuyển và xử lý các loại chất thải sinh hoạt, công nghiệp nguy hại và y tế Một thời gian dài, chất thải bùn hầm cầu vẫn không có hướng quản lý cụ thể, trong khi mỗi ngày, cư dân sinh sống tại TP.HCM đều đặn thải loại ra khoảng 500 tấn Cho đến nay, chỉ có duy nhất cơ sở sản xuất phân bón Hòa Bình tiếp nhận toàn bộ bùn hầm cầu trên địa bàn toàn thành phố... quản lý dinh dưỡng tổng hợp mà trong đó dinh dưỡng từ nguồn cung cấp như phân hữu cơ, phân vi sinh, đảm bảo cung cấp đầy đủ về lượng, cân đối về tỷ lệ tại từng thời điểm theo nhu cầu sinh trưởng của cây trồng nhằm khai thác hợp lý khả năng của hệ sinh thái 1.2.1 Nghiên cứu trong nước Theo nghiên cứu của tác giả Dương Minh Viễn và Võ Thị Gương (2005) trên bã bùn mía, xác mía… được xử lý thành phân. .. đó, nhóm nghiên cứu đã tìm ra giải pháp đưa bùn hầm cầu và bùn ống cống vào ủ chung với rác thải sinh hoạt giúp cho vi sinh vật phân giải phát triển mạnh, nhằm phân hủy nhanh rác Việc tận dụng bùn hầm cầu và bùn cống Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung Luận văn cao học 11 Tổng quan tài liệu cũng góp phần làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường của hai loại bùn này Để rút ngắn tối đa thời gian ủ rác,... "Công ty xử lý chất thải Hòa Bình nhiều năm qua đã góp phần rất lớn trong việc thu gom, xử lý chất thải bùn hầm cầu của các hộ dân thành phố tránh được tình trạng các xe chuyên chở bùn hầm cầu đổ xuống ao cá, sông, rạch, ao rau muống làm phát tán mầm bệnh gây dịch bệnh nguy hiểm cho cộng đồng dân cư thành phố vì trong phân người có chứa các vi khuẩn gây bệnh như: tiêu chảy, tả, Học viên cao học: Nguyễn... chứa các vi sinh vật do nhóm phân lập và tuyển chọn: xạ khuẩn Streptomyces sp, nấm mốc Trichoderma sp và vi khuẩn Bacillus sp Những vi sinh vật trên có tác dụng phân hủy nhanh các hợp chất hữu cơ trong phân lợn, gà và bò (protein và cellulose), làm mất mùi hôi Trước đó, chế phẩm BIO-F đã được sử dụng để sản xuất thành công phân bón hữu cơ vi sinh từ bùn đáy ao, vỏ cà phê và xử lý rác thải sinh hoạt [1]... mô hình công nghệ ủ phân compost quy mô lớn được phát triển trên thế giới Phân compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị dưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và cây trồng Sản phẩm phân compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nông nghiệp hay các mục đích cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng Ngoài ra, phân compost còn được biết . từ bùn hầm cầu. Trước thực trạng trên, đề tài Xử lý hỗn hợp bùn hầm cầu thành phân bón compost được thực hiện nhằm đưa ra những ưu điểm và lợi ích của việc sử dụng bùn hầm cầu làm phân bón. chọn ra thời điểm ủ phân và hàm lượng hỗn hợp vi sinh vật thích hợp để phân hủy bùn hầm cầu làm phân bón. Bùn hầm cầu sau khi được xử lý bằng phương pháp ủ hiếu khí với hỗn hợp vi sinh: Bacillus. nước 12 1.3. Xử lý chất thải hữu cơ thành phân compost 13 1.3.1. Giới thiệu về ủ bùn hầm cầu làm phân bón compost 13 1.3.2. Nhóm vi sinh vật bổ sung vào quá trình ủ bùn hầm cầu 15 1.3.2.1.