Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất phân hữu cơ từ vỏ trái cacao ở quy mô phòng thí nghiệm

  Ngành Công ngh k thut hóa hc i Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm  tài: Hoàn thin quy trình công ngh sn xut phân bón h v trái cacao  . Mã số: 40101 Chủ nhiệm đề tài: Lê Đình Chí Công Danh sách cán bộ tham gia: Stt Tên Hc v Chc danh  công tác 1 Lê Đình Chí Công Kỹ sư Sinh viên Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu 2 Trần Thị Duyên ThS Giảng viên Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu   - Gia công thiết bị xử lí thô vỏ ca cao và thân cây đậu; - Tuyển chọn chế phẩm sinh học có khả năng phân hủy cellulose cao; - Phân tích các chỉ tiêu đầu vào của vỏ ca cao như: cacbon, cellulose thô, nitơ, nhiệt độ, độ ẩm; - Xác định công thức phối trộn của các thành phần cho đống ủ; - Theo dõi sự biến thiên trong quá trình ủ các chỉ tiêu: nhiệt độ, độ ẩm, pH, chất hữu cơ, hàm lượng cacbon, hàm lượng nitơ. - Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của phân thành phẩm.  : -  k + Tuyển chọn được chế phẩm sinh học Compost Marker có khả năng phân giải cellulose cao, thích nghi tốt với môi trường đống ủ vỏ ca cao, hiệu suất phân giải cao. Tiết kiệm thời gian nghiên cứu và chi phí do không phải thực hiện khâu phân lập, tuyển chọn vi sinh vật phân hủy cellulose trong đống ủ;   Ngành Công ngh k thut hóa hc ii Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm + Gia công máy nghiền thô vỏ trái ca cao và thân cây đậu, đạt kích thước khoảng 0,5x0,5cm, góp phần rút ngắn thời gian phân hủy nguyên liệu thành mùn; + Xây dựng công thức ủ phân hữu cơ khá đơn giản có thể chuyển giao cho nông dân thực hiện. + Tạo ra được sản phẩm phân hữu cơ sau 36 ngày ủ có các thông số phù hợp với tiêu chuẩn phân bón quy định. - -  + Tận dụng nguồn phế phẩm vỏ trái ca cao, thân cây đậu để sản xuất thành phân hữu cơ giúp giảm bớt chi phí phân bón hóa học, góp phần làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất, tăng độ phì và cấu trúc đất từ đó tăng giá trị sử dụng đất. + Giảm kinh phí xử lý ô nhiễm môi trường sinh thái đất, nước, không khí do lượng lớn vỏ ca cao tạo ra trong quá trình sơ chế đã được tái chế thành phân hữu cơ, sản phẩm phân đạt chuẩn. + Tránh hiện tượng lây lan nấm bệnh từ vỏ sang cây ca cao cũng như sang các cây trồng khác. + Tăng thêm nguồn hàng hóa mới cho nhà nước, nghĩa là tăng thêm tổng thu nhập quốc dân. + Tạo thêm việc làm mới cho một số người lao động, thu nhập được ổn định, cuộc sống tốt hơn, văn minh hơn. - : Kết quả của đề tài sẽ làm cơ sở khoa học và thực tiễn để chuyển giao quy trình công nghệ cho các đơn vị ứng dụng, người sản xuất, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất của địa phương và các tỉnh lân cận, phục vụ chương trình sản xuất nông phẩm an toàn.  Từ 1/11/2013 đến 30/06/2014 Ch nhi tài ng Khoa Phòng KH&CGCN (ký, họ tên) (ký, họ tên) (ký, họ tên)   Ngành Công ngh k thut hóa hc iii Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm  Để hoàn thành đề tài này tôi xin chân thành cảm ơn: - Ban Giám hiệu nhà Trường, PGS. TS Nguyễn Văn Thông- Trưởng Khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm đã quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đề tài. - ThS. Trần Thị Duyên, KS. Nguyễn Văn Tới đã nhiệt tình hướng dẫn, định hướng và giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài. - Thầy Huỳnh Minh Nhựt, cán bộ phòng thí nghiệm Vi sinh - Hóa Sinh, đã tạo điều kiện tốt nhất về trang thiết bị thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đề tài. - Các thầy, cô khoa Công nghệ Thực phẩm đã tận tình đóng góp ý kiến giúp tôi hoàn thiện đề tài. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tôi đã luôn động viên, ủng hộ tôi vượt qua khó khăn trong suốt quá trình thực hiện đề tài.   Ngành Công ngh k thut hóa hc iv Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm MC LC LI C iii L Error! Bookmark not defined. DANH MC HÌNH vii DANH MC BNG viii DANH MC T VIT TT ix  U 1 1.1. Tính cp thit c tài 1 1.2. Mc tiêu c tài 2 1.3. Ni dung nghiên cu 2 1.4. c tic c tài 3 1.5. Tính mi c tài 3  4 2.1.  4 2.1.1. Nguồn gốc cây ca cao 4 2.1.2. Đặc điểm cây ca cao 5 2.1.3. Thành phần hóa học của vỏ trái ca cao 6 2.2. Gii thiu v u 6 2.3.  compost 7 2.4. Ch phm sinh hc 7 2.4.1. Chế phẩm GEM 7 2.4.2. Chế phẩm Compost maker 9 2.5. H vi sinh vng  compost 10 2.4.1. Vi sinh vật phân hủy tinh bột trong đống ủ compost 10 2.4.2. Vi sinh vật phân hủy phosphate trong đống ủ compost 10 2.4.3. Vi sinh vật phân giải protein trong đống ủ compost 11 2.4.4. Vi sinh vật phân giải hemicellulose trong đống ủ compost 12 2.4.5.Vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase tốt trong tự nhiên 12   Ngành Công ngh k thut hóa hc v Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm 2.5. Các phn ng sinh hóa xy ra trong quá trình  compost 14 2.5.1. Phn ng sinh hóa 14 2.6. Các yu t n quá trình  compost 16 2.6.1. Các yếu tố vật lý 16 2.6.2. Các yếu tố hóa sinh 18 2.7. Li ích và hn ch ca quá trình  compost 23 2.7.1. Lợi ích 23 2.7.2. Hạn chế 24 2.8. Mt s  compost trên th gii 24 2.8.1. Phương pháp ủ theo luống dài và thổi khí thụ động có xáo trộn 24 2.8.2. Phương pháp ủ theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức 25 : VT LIU 27 3.1. n nghiên cu 27 3.1.1. Thời gian và địa điểm 27 3.1.2. Nguyên vật liệu 27 3.1.3. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 27 3.2. u 28 3.2.1. Tuyển chọn chế phẩm sinh học có khả năng phân hủy cellulose cao 28 3.2.2. Gia công máy nghiền vỏ ca cao 30 3.2.3. Xây dựng quy trình ủ và khảo sát sự biến đổi của các nhân tố chính trong quá trình ủ. 32 3.3. ng kê và x lý s liu 35 T QU VÀ THO LUN 36 4.1. Kt qu tuyn chn ch phm sinh hc có kh i cellulose cao 36 4.1.1. Kết quả tuyển chọn định tính bằng phương pháp đục lỗ thạch 36 4.1.2. Kết quả tuyển chọn định lượng bằng phương pháp đo quang 40 4.1.3. Kết quả gia công máy nghiền vỏ ca cao và thân cây đậu 46 4.2. Kt qu phân tích các ch u vào. 47  50  52   Ngành Công ngh k thut hóa hc vi Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm  54  55  57  58 c tính sn phm 60 N NGH 61  61 5.2. KIN NGH 61 PH LC 64   Ngành Công ngh k thut hóa hc vii Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm  Hình 1. Cách bố trí thí nghiệm tuyển chọn chế phẩm 29 Hình 2a. Hình chiếu cạnh máy nghiền 26 Hình 2b. Hình chiếu đứng máy nghiền 31 Hình 3. Bố trí thí nghiệm quy trình ủ phân 33 Hình 4. Đường kính vòng phân giải trên môi trường thạch 39 Hình 5. Máy nghiền vỏ ca cao và thân đậu 46 Hình 6. Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ 48 Hình 7. Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ 50 Hình 8. Sự thay đổi pH trong quá trình ủ 53 Hình 9. Sự biến đổi hàm lượng xơ thô trong quá trình ủ 54 Hình 10. Sự thay đổi hàm lượng nitơ 56 Hình 11. Sự thay đổi hàm lượng cacbon trong quá trình ủ 57 Hình 12. Biểu đồ sự thay đổi tỷ lệ C/N trong quá trình ủ 59 Hình 13. Biểu đồ đường glucose chuẩn 67   Ngành Công ngh k thut hóa hc viii Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm  Bảng 1. Chủng vi sinh vật sinh enzyme cellulase ngoại bào 12 Bảng 2. Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật 16 Bảng 3. Tỷ lệ C/N của một số chất thải 19 Bảng 4. Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ 22 Bảng 5. Thành phần nguyên liệu ủ phân 32 Bảng 6. Đường kính vòng phân giải hoạt hóa điều kiện hiếu khí 36 Bảng 7. Đường kính vòng phân giải hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 37 Bảng 8. Đường kính vòng phân giải hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 38 Bảng 9. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí 40 Bảng 10. Kết quả đo quang sau 72h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí 41 Bảng 11. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí 41 Bảng 12. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 42 Bảng 13. Kết quả đo quang sau 72h hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 42 Bảng 14. Kết quả đo quang sau 96h hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 43 Bảng 15. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 44 Bảng 16. Kết quả đo quang sau 72h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 44 Bảng 17. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 45 Bảng 18. Chỉ tiêu đầu vào của nguyên liệu 47 Bảng 19. Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ 48 Bảng 20. Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ 50 Bảng 21. Sự thay đổi pH trong quá trình ủ 52 Bảng 22. Sự thay đổi hàm lượng xơ thô trong quá trình ủ 54 Bảng 23. Sự thay đổi hàm lượng nitơ 55 Bảng 24. Sự thay đổi hàm lượng Cacbon 57 Bảng 25. Sự thay đổi tỷ lệ C/N trong quá trình ủ 58 Bảng 26. Đặc tính sản phẩm 60   Ngành Công ngh k thut hóa hc ix Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm  C.M : Compost maker T.england : Tricho england HCHC : Hợp chất hữu cơ CMC : Carboxyl methyl cellulose VSV : Vi sinh vật   Ngành Công ngh k thut hóa hc 1 Khoa Hóa hc và Công ngh thc phm   1.1.  Trong cuộc sống hàng ngày, con người không chỉ tiêu thụ và sử dụng một số lượng lớn các nguyên liệu, sản phẩm từ thiên nhiên để tồn tại và phát triển, đồng thời cũng vứt thải lại cho thiên nhiên và môi trường sống các phế thải, rác thải có nguy cơ huỷ hoại môi trường. Nhìn chung tình hình phát sinh rác thải gây ô nhiễm đều xảy ra hầu hết ở tất cả các ngành, cơ sở, hộ gia đình sản xuất khác nhau. Trong số đó hoạt động sản xuất cacao cũng là một trong những hoạt động phát sinh nguồn thải góp phần vào sự ô nhiễm môi trường. Vỏ cacao chiếm khoảng 50% trọng lượng quả cacao. Tại các vùng nhiệt đới, đây là nguồn phế thải quan trọng. Trong khi các nước trên thế giới đã có những công trình xử lý vỏ cacao để sản xuất thức ăn cho gia súc gia cầm, ứng dụng lên men tạo phân bón… thì ở nước ta, rất ít công trình nghiên cứu đến việc ứng dụng của phế phẩm này.[2] Có rất nhiều biện pháp xử lý rác thải hiệu quả và không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rác thành các sản phẩm có giá trị kinh tế. Trong đó biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay để xử lý chất thải là sử dụng biện pháp phân hủy sinh học, có hai phương pháp phân hủy sinh học chất thải hữu cơ là chế biến compost hiếu khí và phân hủy kị khí, trong đó chế biến compost hiếu khí là ít tốn kém, sản phẩm của quá trình là compost có thể sử dụng làm phân bón. Quá trình ủ compost giúp chuyển hóa các dạng hợp chất hữu cơ khó phân hủy như: hydrocacbon, cellulose, lignin… tạo thành các hợp chất đơn giản giàu protein, khoáng và vitamin… có lợi cho con người và môi trường. Bên cạnh đó nhiệt độ trong hệ thống tương đối cao có thể cho phép loại được các mầm bệnh do đó quá trình ủ compost được đánh giá là ít ảnh hưởng đến môi trường và nhất là phù hợp với các quy luật tự nhiên, có thể tái sử dụng làm phân bón cho các loại cây nông nghiệp.[21] [...]... cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT Để tăng giá trị sử dụng của trái cacao; giúp người sản xuất giảm chi phí phân bón cho vườn cacao và vườn cây trồng khác; giảm chi phí xử lý ô nhiễm môi trường do lượng lớn vỏ cacao tạo ra trong quá trình sơ chế Chúng tôi thực hiện đề tài: Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ vỏ trái cacao ở quy mô phòng thí nghiệm 1.2 Mục tiêu... Trichoderma có khả năng phân huỷ cellulose, phân giải lân chậm tan Lợi dụng đặc tính này người ta đã trộn Trichoderma vào quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh để thúc đẩy quá trình phân huỷ hữu cơ được nhanh chóng Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 9 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường 2.5 Hệ vi sinh vật tro ĐHBRVT đống ủ compost 2.4.1 Vi sinh vật phân hủy tinh... và tính chất của chất hữu cơ Chất hữu cơ hòa tan dễ dàng phân hủy hơn chất hữu cơ không hòa tan Lignin và lignocellulose là những chất phân hủy rất chậm Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 21 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT Bảng 4 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ[ 13] THÔNG GIÁ TRỊ SỐ Kích thước Quá trình ủ đạt hiệu quả tối... Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 17 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT 2.6.1.4 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 tùy theo loại vật liệu chế biến phân, thông thường độ xốp cho quá trình chế biến phân diễn ra tốt khoảng 35–60%, tối ưu là 32–36% Độ xốp của chất thải hữu cơ ảnh hưởng... cưa, rơm rạ… Thông thường độ ẩm của phân bắc, bùn và phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó cần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệ thống sản xuất phân hữu cơ liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm phân hữu cơ 2.6.1.3 Kích thước hạt Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề... Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 16 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT Độ ẩm tối ưu thường 50 – 60 % Các vi sinh vật đóng vai trò quy t định trong quá trình phân hủy chất hữu cơ thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của chất hữu cơ Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn khi độ ẩm quá lớn (> 70%) thì quá trình phân. .. khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn Hiện nay có nhiều chủng vi sinh vật đã được các nhà khoa học nghiên cứu, phân lập sử dụng để phân giải các chất hữu cơ một cách hiệu quả Chúng phân giải các chất dễ phân hủy như tinh bột đến các chất khó phân hủy như Lignin và cellulose.[20] 2.6.2.4 Chất hữu cơ Tốc độ phân hủy tùy... ẩm, pH, chất hữu cơ, hàm lượng cacbon, hàm lượng nitơ - Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của phân thành phẩm Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường 1.4 Ý ĩa t ực tiễ và ý ĐHBRVT ĩa k oa ọc của đề tài - Ý nghĩa khoa học: đề tài mở ra hướng mới cho việc tận dụng vỏ cacao và thân cây đậu tạo thành sản phẩm phân bón hữu ích, góp... tiếp tục bị phân hủy, sản phẩm của quá trình này là NH3, CO2 và nhiều sản phẩm trung gian khác Quá trình phân giải protein có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí và kị khí Trong điều kiện hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ được phân giải bởi các loài thuộc chi Bacillus, Ps u omona…Một số loài trong chi Clostridium thực hiện quá trình amôn hóa kị khí Quá trình amon hóa protein là sự phân giải protein... chất thải hữu cơ chứa cellulose bằng công nghệ sinh học, đặc biệt sử dụng các enzyme cellulase ngoại bào từ vi sinh vật sẽ có nhiều ưu điểm về cả mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trường Rất ít Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 12 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT nhóm vi sinh vật có khả năng sinh các loại enzyme cần thiết để phân giải cellulose ở dạng . nhiễm môi trường do lượng lớn vỏ cacao tạo ra trong quá trình sơ chế. Chúng tôi thực hiện đề tài: Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ vỏ trái cacao ở quy mô phòng thí nghiệm khả năng phân huỷ cellulose, phân giải lân chậm tan . Lợi dụng đặc tính này người ta đã trộn Trichoderma vào quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh để thúc đẩy quá trình phân huỷ hữu cơ được. phẩm vỏ trái ca cao, thân cây đậu để sản xuất thành phân hữu cơ giúp giảm bớt chi phí phân bón hóa học, góp phần làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất, tăng độ phì và cấu trúc đất từ đó