xử lý bã thải sau trồng nấm làm phân compost ứng dụng trồng rau muống sạch

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: - Đề tài góp phần hoàn thiện dây chuyền chuyển hóa chất thải hữu cơ xuyên suốt quá trình trồng nấm, ủ phân compost, trồng ra

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

Trần Thị Vân

XỬ LÝ BÃ THẢI SAU TRỒNG NẤM LÀM PHÂN COMPOST ỨNG DỤNG TRỒNG RAU MUỐNG SẠCH

Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy

Ngành Công nghệ môi trường (Chương trình đào tạo chuẩn)

Cán bộ hướng dẫn: ThS Trần Thị Phương

Hà Nội – 2014

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn ThS Trần Thị Phương - giảng viên Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã trực tiếp chỉ bảo, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành khóa luận này

Hơn nữa, em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô phòng thí nghiệm bộ môn thổ nhưỡng và môi trường đất, phòng thí nghiệm bộ môn công nghệ môi trường - trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình nghiên cứu

Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, và các thầy, cô giáo trong bộ môn Công nghệ môi trường đã chăm sóc dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong suốt bốn năm học tại khoa và tại trường

Em cũng rất cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ em trong thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2014

Sinh viên

Trần Thị Vân

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 - TỔNG QUAN 3

1.1 Thực trạng trồng nấm và xử lý bã thải sau trồng nấm tại Việt Nam 3

1.1.1 Thực trạng trồng nấm ở Việt Nam 3

1.1.2 Xử lý bã thải sau trồng nấm hiện nay 3

1.2 Phương pháp ủ phân compost 4

1.2.1 Khái niệm 4

1.2.2 Các phương pháp ủ phân compost 4

1.2.2.1 Ủ yếm khí 4

1.2.2.2 Ủ hiếu khí 5

1.2.3 Các điều kiện và yếu tố ảnh hưởng 5

1.2.3.1 Các yếu tố vật lý 5

1.2.3.2 Các yếu tố hóa sinh 7

1.2.4 Các mô hình ủ phân compost 10

1.2.5 Ưu điểm và hạn chế của quá trình chế biến phân compost 10

1.2.5.1 Ưu điểm 10

1.2.5.2 Hạn chế 11

1.3 Rau sạch 11

1.4 Rau muống 12

1.4.1 Khái niệm 12

1.4.2 Giá trị dinh dưỡng 12

1.4.3 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển 13

Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Đối tượng nghiên cứu 15

2.2 Dụng cụ hóa chất 15

2.3 Phương pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Phương pháp phân tích các chỉ số hóa lý 16

2.3.3 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu 19

2.4 Tiến hành thực nghiệm 20

2.4.1 Xây dựng mô hình ủ phân hiếu khí 20

2.4.2 Ứng dụng phân compost trồng rau muống sạch 20

Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 21

3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý mẫu bã thải sau trồng nấm trước khi ủ 21

3.2 Kết quả số lượng vi sinh vật trong mẫu bã thải sau khi thu hái nấm 22

3.4 Theo dõi các thông số kỹ thuật trong quá trình ủ 26

3.4.1 Kết quả nhiệt độ đống ủ 26

3.4.2 Kết quả đo thể tích đống ủ 27

3.4.3 Kết quả đo độ pH đống ủ 28

3.4.4 Kết quả đo độ ẩm đống ủ 29

3.5 Đánh giá chất lượng sản phẩm phân compost sau quá trình ủ 30

3.5.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý sản phẩm phân compost 30

3.5.2 Kết quả số lượng vi sinh vật có trong sản phẩm phân compost 31

3.6 Tiến hành trồng rau muống 32

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

PHỤ LỤC 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Rau muống cạn 12

Hình 2 Rau muống nước 12

Hình 3 Quy trình ủ phân compost từ bã thải sau trồng nấm 24

Hình 4 Đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ đống ủ 26

Hình 5 Đồ thị thể hiện sự thay đổi thể tích đống ủ 27

Hình 6 Đồ thị thể hiện sự thay đổi pH 28

Hình 7 Đồ thị thể hiện sự thay đổi độ ẩm quá trình ủ phân compost 29

Hình 8 Rau muống thực nghiệm 33

Hình 9 Rau muống đối chứng 33

Hình 10 So sánh hai mẫu rau đối chứng và thực nghiệm 33

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật 6

Bảng 2 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí 9

Bảng 3 Phương pháp phân tích các chỉ số hóa lý 16

Bảng 4 Các chỉ tiêu hóa lý trước quá trình ủ 21

Bảng 5 Kết quả số lượng nấm mốc 22

Bảng 6 Kết quả số lượng vi khuẩn 22

Bảng 7 Kết quả số lượng xạ khuẩn 23

Bảng 8 Nhiệt độ đống ủ 26

Bảng 9 Sự thay đổi thể tích đống ủ 27

Bảng 10 Kết quả đo pH đống ủ 28

Bảng 11 Kết quả đo độ ẩm đống ủ 29

Bảng 12 Các chỉ tiêu hóa lý sau quá trình ủ phân compost 30

Bảng 13 Kết quả số lượng nấm mốc trong phân compost 31

Bảng 14 Kết quả số lượng vi khuẩn trong phân compost 31

Bảng 15 Kết quả số lượng xạ khuẩn trong phân compost 32

Bảng 16 So sánh đặc điểm mẫu rau đối chứng và mẫu rau thực nghiệm 34

MỞ ĐẦU

Ngành sản xuất nấm ăn đã hình thành và phát triển trên thế giới hàng trăm năm

qua, đang dần trở thành một ngành công nghiệp thực thụ chiếm ưu thế trong thị trường

xuất – nhập khẩu thực phẩm trên nhiều quốc gia Ở Việt Nam, nấm đang trở thành đối

tượng trong danh mục được ưu tiên đầu tư để tạo ra dòng sản phẩm chủ lực mới của nền

kinh tế Trồng nấm được coi là nghề đem lại thu nhập cao [6]

Việc nuôi trồng nấm hiện nay rất phù hợp với người nông dân nước ta do nguồn

nguyên liệu luôn sẵn có như: rơm rạ, mùn cưa, lõi ngô, bông phế thải….cộng thêm

nguồn lao động dồi dào Ngoài ý nghĩa thực tiễn về giá trị kinh tế làm tăng thu nhập và

tạo việc làm cho người dân thì nuôi trồng nấm ăn còn góp phần giải quyết vấn đề ô

nhiễm môi trường, tận dụng được nguồn tài nguyên phế thải

Vấn đề đặt ra là lượng bã thải thứ cấp sau quá trình trồng nấm lại trở thành gánh

nặng môi trường cho người dân nếu nó không được xử lý Với lượng nguyên liệu khổng

lồ đưa vào trồng nấm thì lượng bã nấm thải ra gần như lớn tương đương Thông thường

người dân chỉ để bã thải nấm hoai mục tự nhiên, kéo dài sau đó bón trực tiếp cho cây

nên hiệu quả thấp Ở một số cơ sở sản xuất lớn, lượng bã thải để tồn đọng quá nhiều –

Đây là nguồn phát sinh các mầm bệnh đối với khu vực trồng nấm cũng như sức khỏe

con người và ảnh hưởng đến môi trường, thẩm mỹ, cảnh quan nông thôn Vì vậy, mục

đích nghiên cứu của khóa luận là xây dựng được quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh

Đây là biện pháp vừa có ý nghĩa thực tiễn, chi phí thấp, hiệu quả cao lại thân thiện với

môi trường nhằm tạo ra một nền nông nghiệp sạch, an toàn, bền vững Đặc biệt, việc ứng

dụng phân hữu cơ trồng rau sạch hiện nay đang dần trở thành nhu cầu cấp thiết ở nước

ta

Rau là loại thực phẩm không thể thiếu trong khẩu phần ăn hàng ngày của con

người, đó là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng hết sức quan trọng Tuy nhiên, trong quá

trình thâm canh tăng năng suất cây trồng để tạo ra khối lượng sản phẩm lớn và hiệu quả

kinh tế cao, tình hình vệ sinh an toàn thực phẩm trong rau xanh đang là vấn đề gây nhiều

lo lắng và bức xúc Tình trạng rau bị ô nhiễm do thuốc bảo vệ thực vật, Nitrat (NO3),

kim loại nặng, vi sinh vật gây hại đã đến mức báo động từ nhiều năm nay Chính vì thế,

an toàn vệ sinh thực phẩm trong rau xanh đang thực sự trở thành mối quan tâm của toàn

xã hội [14]

Với những vấn đề chính nêu trên, tôi xin lựa chọn đề tài: “ Xử lý bã thải sau

trồng nấm, ủ phân compost ứng dụng trồng rau muống sạch”

Mục tiêu của đề tài

- Xây dựng được quy trình xử lý bã thải sau khi thu hái nấm để làm phân hữu

cơ vi sinh, tạo thêm nguồn phân vi sinh, góp phần xây dựng nền nông nghiệp

bền vững

- Ứng dụng phân compost trồng rau muống sạch

Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, khóa luận đã thực hiện những nội dung chính

sau:

ˍ Nghiên cứu điều kiện cần thiết để hoàn thành một quy trình ủ đơn giản và có

hiệu quả như nhiệt độ, độ ẩm, pH

ˍ Xác định số lượng vi sinh vật có trong bã thải trước và sau khi ủ

ˍ Xác định thành phần dinh dưỡng N, P, K có trong có trong bã thải trước và

sau khi ủ

ˍ Tiến hành trồng rau muống sạch từ đất có bổ sung phân compost và so sánh

với rau muống trồng từ đất không bổ sung phân compost

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

- Đề tài góp phần hoàn thiện dây chuyền chuyển hóa chất thải hữu cơ xuyên

suốt quá trình trồng nấm, ủ phân compost, trồng rau sạch giúp tận dụng tối đa

nguồn tài nguyên có khối lượng lớn này

- Đề tài áp dụng quy trình ủ phân compost hiếu khí đảm bảo tiêu chuẩn đầu ra

theo TCVN 7185: 2002 phân hữu cơ vi sinh

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Đã xây dựng được quy trình xử lý bã thải sau trồng nấm làm phân hữu cơ vi

sinh đơn giản và có hiệu quả, tận dụng được nguồn bã thải trồng nấm, nguyên

liệu có sẵn ở vùng nông thôn Việt Nam

- Ứng dụng được phân hữu cơ vi sinh vào trồng rau muống Rau muống là loại

rau dễ trồng, có giá trị dinh dưỡng cao, giá trị sử dụng lớn, đang được trồng

phổ biến ở nước ta

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 Thực trạng trồng nấm và xử lý bã thải sau trồng nấm tại Việt Nam

1.1.1 Thực trạng trồng nấm ở Việt Nam

Theo thống kê của ngành nông nghiệp cho thấy, tổng sản lượng lương thực của

nước ta khoảng 40 triệu tấn/năm và lượng phụ phế phẩm cũng tương đương, riêng lượng

rơm rạ 20 – 30 triệu tấn/năm đủ để cho "ra đời" 2 triệu tấn nấm tươi, trị giá 1 tỷ USD

Nếu kể thêm phế phẩm khác như mạt cưa, bã cà phê, điều, mía đường… thì ta sẽ có

nguồn nguyên liệu gần như vô tận để nuôi trồng nấm [6]

Năm 2002, cả nước mới sản xuất được 100.000 tấn nấm thực phẩm thì đến nay đã

đạt 150.000 tấn/năm Dự kiến đến năm 2015, cả nước sản xuất và tiêu thụ khoảng

400.000 tấn nấm các loại, xuất khẩu đạt 150 – 200 triệu USD/năm Đến năm 2020, sản

xuất tiêu thụ nấm tăng lên 1 triệu tấn/năm, đưa giá trị xuất khẩu lên 450-500 triệu

USD/năm Một vài năm gần đây mặt hàng nấm của Việt Nam được xuất khẩu rất mạnh

và chủng loại khá đa dạng Trong 10 tháng đầu năm 2010, xuất khẩu nấm của Việt Nam

tăng trưởng tới 33,2% Kim ngạch xuất khẩu khoảng 60 triệu USD/năm [2]

Thị trường tiêu thụ nấm trong nước và xuất khẩu ngày càng được mở rộng Nhu

cầu sử dụng nấm của nhân dân trong nước ngày càng tăng Thị trường xuất khẩu nấm

mỡ, nấm rơm, nấm sấy khô, đóng hộp của Việt Nam còn chưa đáp ứng đủ [2]

1.1.2 Xử lý bã thải sau trồng nấm hiện nay

Như bao ngành sản xuất khác, quá trình trồng nấm cũng thải ra nhiều phế thải

Nguồn phế thải này lâu ngày sẽ trở thành thảm hoạ đối với người trồng nấm Ngoài việc

chiếm diện tích sản xuất, nó còn là ổ dịch bệnh đối với nấm trồng, kể cả con người [17]

Hiện nay, cả nước chỉ có 3 – 5 % số cơ sở trồng và chế biến nấm tập trung, với

quy mô 10 - 15 tấn nguyên liệu/vụ Việc sản xuất quy mô nhỏ lẻ đã gây khó khăn trong

việc thu gom phế thải sau trồng nấm Thực tế cho thấy bã thải sau trồng nấm đa phần bị

người nông dân thải bỏ trực tiếp ra khu vực trồng nấm, vứt tràn lan ra các kênh mương,

ao hồ xung quanh Hành động này vô tình đã thải bỏ đi một lượng lớn chất hữu cơ là

nguồn tài nguyên quý giá đối với cây trồng [17]

Hiện nay, ở một số địa phương đã sử dụng bã trồng nấm vào mô hình nuôi trùn

quế, lấy phân cải tạo cây trồng hay sử dụng bã nấm làm giá thể trồng cây nhưng những

biện pháp này còn mang tính tự phát, nhỏ lẻ và chưa giải quyết được lượng lớn bã thải

1.2 Phương pháp ủ phân compost

1.2.1 Khái niệm

Quá trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định chất hữu

cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật, quá trình phản ứng tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn

định giống như mùn gọi là compost Phân hữu cơ không mang mầm bệnh, không lôi kéo

côn trùng, có thể được lưu trữ an toàn và có lợi cho sự phát triển của cây trồng [26]

Có hai phương pháp ủ phân compost là hiếu khí và kỵ khí [13]

Nguyên liệu dùng ủ phân compost thường rất đa dạng như ủ phân compost từ rác

thải sinh hoạt, từ phụ phế phẩm nông nghiệp, công nghiệp, Phân compost đã được ứng

dụng cho một số loại cây như: chè, cà phê, lúa, ngô, cây ăn quả,… Nông dân đều nhận

xét loại phân này làm cho cây phát triển tốt, đỡ sâu bệnh, đất tơi xốp và thấy tác dụng

của phân bền lâu hơn so với phân hóa học, năng suất tăng rõ rệt [7]

Các giai đoạn khác nhau trong quà trình ủ phân compost 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 đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic (40oC – 50oC )

Pha ưu nhiệt: là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn định hóa

chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứng hóa sinh này được đặc

trưng bằng các phương trình trong trường hợp làm phân compost hiếu khí và kỵ khí như

sau:

CONHS + O2 + VSV hiếu khí => CO2 + NH3 + sp khác + năng lượng

COHNS + O2 + VSV kị khí => CO2 + H2S + NH3 + CH4 + sp khác + năng lượng

Pha trưởng thành: là giai đoạn nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng

bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho

quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành mùn và các chất khoáng

1.2.2 Các phương pháp ủ phân compost

1.2.2.1 Ủ yếm khí

Quá trình ủ phân compost yếm khí diễn ra dưới tác động của vi sinh vật yếm khí

So với ủ hiếu khí thì công nghệ này có một số mặt hạn chế sau: thời gian lâu (4 - 12

tháng), các vi khuẩn gây bệnh luôn tồn tại cùng quá trình phân hủy vì nhiệt độ phân hủy

thấp, các khí Metan (CH4), Sunfurhydro (H2S) gây mùi hôi thối khó chịu… Tuy nhiên,

đây là biện pháp có tính kinh tế do đầu tư thấp, có thể kết hợp tốt với các loại phân khác

như phân hầm cầu, phân gia súc, than bùn… cho phân hữu cơ với hàm lượng dinh

dưỡng cao Lượng khí sinh học biogas sinh ra trong quá trình ủ có thể thu hồi dùng làm

nhiên liệu [7]

1.2.2.2 Ủ hiếu khí

Công nghệ ủ hiếu khí dựa trên sự hoạt động của các vi khuẩn hiếu khí trong điều

kiện được cung cấp oxy đầy đủ Các vi sinh vật tham gia vào quá trình này thường có

sẵn trong thành phần nguyên liệu ủ, chúng thực hiện quá trình oxy hóa các chất hữu cơ

trong rác thành CO2 và nước [13]

Quá trình chế biến phân compost bằng phương pháp hiếu khí gồm 2 giai đoạn

chính:

+ Giai đoạn đầu (giai đoạn ủ hiếu khí): ở giai đoạn này, 2 nhóm vi sinh vật

hiếu khí chủ yếu là vi sinh vật ưa ấm và vi sinh vật ưa nóng phát triển mạnh và thực

hiện quá trình phân giải các chất hữu cơ Trong giai đoạn này do nhiệt độ đống ủ cao nên

các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt Một lượng nhiệt khá lớn được sinh ra là kết quả

của hoạt động trao đổi chất Suốt giai đoạn này kích thước nguyên liệu ủ giảm dần và

sản phẩm phân compost dần được hình thành Khí sinh ra ở đây chủ yếu là CO2 và hơi

nước Việc sử dụng chế phẩm sinh học nhằm bổ sung các chủng vi sinh vật thích hợp sẽ

đẩy nhanh tốc độ quá trình ủ

+ Giai đoạn cuối (giai đoạn ủ chín): các vi sinh vật tiếp tục phân huỷ các chất

dinh dưỡng có thể phân giải, vật liệu ủ trở nên khô hơn và mủn đi Khi giai đoạn này kết

thúc phân compost sẽ được hình thành

1.2.3 Các điều kiện và yếu tố ảnh hưởng

Ngoài sự có mặt của những sinh vật cần thiết, những yếu tố chính ảnh hưởng lên

quá trình sản xuất compost có thể được phân ra làm 2 nhóm chính là: nhóm những yếu

tố vật lý và nhóm yếu tố hóa sinh [13]

1.2.3.1 Các yếu tố vật lý

- Nhiệt độ

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh hóa là 40 - 60oC Mỗi loài vi sinh vật đều thích

nghi với một khoảng nhiệt độ nhất định Khi nhiệt độ cao đối với đống ủ thì tốc độ ủ sẽ

nhanh, vi khuẩn gây bệnh và côn trùng bị hủy diệt bên cạnh đó mùi hôi cũng được khử

nhờ quá trình ủ hiếu khí [28]

Bảng 1 Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật

0 C) Khoảng dao động Tối ưu

Độ ẩm là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật Vì nước đóng vai trò

quan trọng trong quá trình hoà tan dinh dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân compost nằm trong khoảng 50 – 60 % Các vi

sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy CTR thường tập trung tại lớp

nước mỏng trên bề mặt của phân tử CTR Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30 %) sẽ hạn chế hoạt

động của vi sinh vật, còn khi độ ẩm quá lớn (> 65 %) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại,

sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít

kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất dinh dưỡng và lan

truyền vi sinh vật gây bệnh [31]

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

- 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 hat, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng

sự tiếp xúc với oxy, gia 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 [25]

- 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 [25]

- Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân rác

Kích thước và hình dạng của các đống ủ có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ

và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy

- Thổi khí

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để vi sinh vật sử dụng

cho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt Nếu khí

không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kị khí, gây mùi hôi

Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách: Đảo

trộn, cắm ống tre, thải chất thải từ tầng lưu chứa trên cao xuống thấp, thổi khí [30]

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 – 10 m3

khí/tấn nguyên liệu/h [30]

1.2.3.2 Các yếu tố hóa sinh

- Tỷ lệ C/N

Tỷ lệ C:N là hệ số dinh dưỡng chính Trong sản xuất compost, tỷ lệ này vào

khoảng 25:1 đến 30:1 Nếu tỷ lệ C:N vượt quá giới hạn, tốc độ phân hủy sẽ bị chậm lại

Ngược lại, nếu tỷ lệ thấp hơn 20:1, nito bị thất thoát (bởi vì nito dư chuyển hóa thành

NH3) Giai đoạn chuyển hóa tích cực trong sản xuất compost có đặc điểm là pH và nhiệt

độ khá cao [32]

- Oxy

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân compost

Khi vi sinh vật oxy hóa carbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2 được

sinh ra Khi không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi

Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5 % Nồng độ oxy

lớn hơn 10 % được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân phân compost hiếu khí [30]

- Dinh dưỡng

Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu, là cần

thiết cho sự chuyển hóa của vi sinh vật Thông thường, các chất dinh dưỡng này không

có giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các nguồn nguyên liệu cho quá trình ủ

phân [30]

- pH

pH có ý nghĩa quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, ion

H+ và OH- là hai ion hoạt động mạnh nhất, những biến đổi nồng độ của chúng dù là

rất nhỏ đều có ảnh hưởng lớn đến tế bào vi sinh vật Cho nên việc xác định PH thích hợp

ban đầu là rất quan trọng, pH tối ưu là 6 – 8

Quá trình sản xuất compost độ pH thường bị giảm xuống ở giai đoạn đầu vì

những phản ứng tạo thành acid hữu cơ Đường biểu diễn độ pH sau đó tăng lên tương

ứng với vi sinh vật sử dụng những acid vừa sinh ra trong giai đoạn trước Nâng pH

người ta dùng Ca(OH)2 để cải thiện điều kiện vật lý của khối ủ, một phần hoạt động

như vật liệu hút ẩm [32]

- Vi sinh vật

Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật

khác nhau Vi sinh vật có một đóng góp vô cùng quan trọng đến thời gian ủ phân

compost Với một hệ thống vi sinh vật được tuyển chọn tốt thì không những thời gian ủ

được rút ngắn mà chất lượng phân bón cũng đảm bảo hơn [10]

Các vi sinh vật có mặt trong quá trình ủ phân compost bao gồm vi khuẩn, xạ

khuẩn, nấm, men, khuẩn tia Mỗi một loài sinh vật có khả năng tốt nhất để phân hủy

một dạng chất hữu cơ nào đó Nấm men, khuẩn tia… hoạt động rất mạnh đối với

cellulose và hemicellulose, xạ khuẩn thích hợp phân hủy lignin, chitin, protein, Quá

trình trao đổi chất là hiện tượng phổ biến trong ủ phân và một yếu tố khác là sự giải

nhiệt do hoạt động đồng hóa và dị hóa của VSV để tạo ra mùn [16, 29]

- Chất hữu cơ

Vận tốc phân hủy dao động tuỳ theo thành phần, kích thước, tính chất của chất

hữu cơ Chất hữu cơ hoà tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hoà tan Lignin và

cenlulozơ là những chất phân hủy rất chậm [10]

Bảng 2 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 –75 mm

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

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

oC, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt

8 Nhu cầu 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 Công suất 50T/ngày cần 1 hecta đất

Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993

1.2.4 Các mô hình ủ phân compost

Phương pháp phơi khô đánh luống

Phương pháp này được sử dụng phổ biến trên thế giới, ngyên liệu ủ compost được

rải thành đống theo các hàng dài song song ở ngoài trời Các luống này được trở lật

thường xuyên bằng cơ học [27]

Compost bằng luống với khí thổi

Kỹ thuật này dùng áp lực đưa khí vào các luống ủ để tăng tốc quá trình phân hủy

tự nhiên nhưng phương pháp này đòi hỏi kinh phí lớn [27]

Compost trong ống sắt

Phương pháp làm phân compost kỹ thuật kín là cho các nguyên liệu hữu cơ vào

bên trong thùng, hầm ủ hoặc các loại côngtenơ,…và thổi khí vào hay đảo trộn nguyên

liệu Sau một thời gian trong thùng quay, phân compost phải được chuyển đến các luống

phơi trong nhà và sau đó chuyển đến các ống ủ phân Đây là một quy trình đắt tiền, cần

các tòa nhà lớn, máy móc kềnh càng và chi phí vận hành cao [27]

Compost trong bao kín có thổi khí:

Phương pháp này bao gồm việc đặt các nguyên liệu có thể làm phân compost vào

các túi lớn và đưa không khí vào nguyên liệu trong các túi này để đẩy nhanh quá trình

làm phân compost tự nhiên

1.2.5 Ưu điểm và hạn chế của quá trình chế biến phân compost

1.2.5.1 Ưu điểm

- 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 [7]

- 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-, PO43- 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 [7]

- 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 [7]

1.2.5.2 Hạn chế

Hàm lượng chất dinh dưỡng trong compost không thoả mãn yêu cầu sau:

- 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 [15]

- 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

1.3 Rau sạch

Rau sạch hay còn gọi là rau an toàn là loại rau được sản xuất theo quy trình kỹ

thuật bảo đảm được tiêu chuẩn sau: Hạn chế đến mức thấp nhất việc sử dụng phân hóa

học, thuốc trừ sâu, thuốc kích thích, nhằm giảm tối đa lượng độc tố tồn đọng trong rau

như nitrat, thuốc trừ sâu, kim loại nặng và vi sinh vật gây bệnh [3]

Rau chỉ được coi là sạch nếu người sản xuất tuân thủ các biện pháp kỹ thuật sau:

- Chọn đất: Vùng đất trồng rau sạch, chưa bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng

(thủy ngân, asen ), chưa bị ảnh hưởng của nước thải công nghiệp (do ở gần các xí

nghiệp, nhà máy nước thải chưa được xử lý)

- Giảm lượng phân đạm bón cho các loại rau xanh vì phân đạm chứa nitrat Khi

ăn vào, nitrat sẽ chuyển thành nitrit, chúng kết hợp với các amin tạo nên các nitro amin

gây bệnh, làm giảm hô hấp của tế bào, ảnh hưởng đến các hoạt động của tuyến giáp, gây

đột biến và phát triển các khối u Nên sử dụng phân hữu cơ, phân chuồng hoai, mục để

giảm các mầm bệnh, đặc biệt là các vi sinh vật có hại [10]

- Không tưới rau bằng phân bắc, phân chuồng tươi, nước thải sinh hoạt, nước

thải công nghiệp, các loại nước đã bị nhiễm bẩn

- Không phun thuốc trừ sâu, vì thuốc trừ sâu có chứa nhiều gốc hóa học như

DDT, 666, thủy ngân, gây độc hại cho cơ thể

- Không nên thu hoạch ngay sau khi bón phân nhất là khi mới phun thuốc trừ

sâu

1.4 Rau muống

1.4.1 Khái niệm

Rau muống có tên khoa học là Ipomoea aquatica, là một loài thực vật nhiệt đới

bán thủy sinh thuộc họ bìm bìm, là rau ăn lá Loài rau này được trồng phổ biến khắp các

vùng nhiệt đới và cân nhiệt đới [34]

Cây rau muống thường mọc bò, ở mặt nước hoặc trên cạn, thân rỗng, dày, có rễ

mắt, không lông Lá hình ba cạnh, đầu nhọn, đôi khi hẹp và dài Hoa to, có màu trắng

hay hồng tím, ống hoa tím nhạt, mọc từ 1 - 2 hoa trên một cuống Quả nang tròn, đường

kính 7 – 9 mm, chứa 4 hạt có lông màu hung, đường kính mỗi hạt khoảng 4 mm

Ở Việt Nam, rau muống có hai loại trắng và tía, mỗi loại có đặc tính riêng Cả hai

loại đều có thể trồng trên cạn hoặc dưới nước Thông thường thì người ta trồng rau

muống trắng trên cạn, còn rau muống tía thường được trồng (hay mọc tự nhiên) dưới

nước

Hình 1 Rau muống cạn Hình 2 Rau muống nước

1.4.2 Giá trị dinh dưỡng

Thành phần các chất dinh dưỡng trong rau muống rất đa dạng và phong phú

Trong rau muống có tất cả 8 acid amin "không thay thế được", tức là những amin cơ thể

không thể tự tổng hợp mà phải hấp thụ từ các loại thức ăn Trong 100g rau muống có:

1,9-3,2 g protein; 1,9-3,5 caroten; 7-28 mg vitamin C; 0,1 mg vitamin B1; 0,09 mg

vitamin B2; khoảng 0,7 mg vitamin PP; 100 mg canxi; 37 mg phôtpho; 1,4 mg sắt [34]

1.4.3 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển

Rau muống là cây ngắn ngày, sinh trưởng nhanh cho năng suất cao, sống được ở

nhiệt độ cao và đủ ánh sáng Rau muống có thể trồng quanh năm, mùa nắng cần có đủ

nước tưới Rau muống trồng vào mùa mưa thì thường dễ nhiễm bệnh hơn [34]

Hiện nay, rau muống chủ yếu sử dụng giống địa phương, bao gồm giống thân tím

và thân trắng nhưng giống thân trắng được thị trường ưa chuộng hơn

Rau muống nước rất dễ nhân giống, có thể lấy giống từ ruộng rau đang thu hoạch

hoặc có thể chọn những đoạn thân bánh tẻ có mang nhiều đốt hoặc có thể tách từng

khóm nhỏ mang nhiều nhánh con để trồng

Rau muống có thể trồng trên nhiều loại đất: đất sét, đất cát, đất pha cát, đất ẩm

giàu mùn hoặc đất được bón phân hữu cơ, có độ pH = 5,3 – 6,5 Nếu trồng cạn cần lên

liếp rộng 1,2 – 1,5 m; cao 12 – 15 cm và cao hơn 20 cm vào mùa mưa Nếu trồng ruộng

nước thì đất trồng thường là đất thoát nước, nước không tù đọng, có rãnh thay nước

thường xuyên Rau muống trồng cạn và rau muống nước có thể trồng với khoảng cách

10 - 15 cm Khi trồng nên vùi đất kín 2 - 3 đốt Rau muống là loại rau lưu gốc nên sau

khi thu hoạch chỉ nên để lại gốc từ 2 - 3 đốt Nếu để lại nhiều đốt thì chồi nhiều nhưng

nhỏ [35]

Các bệnh thường gặp ở rau muống [37]

Bệnh gỉ (rỉ) trắng: Bệnh rất phổ biến và xuất hiện ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt

đới, trong mùa mưa, những nơi có ẩm độ cao Triệu chứng là: Lá, cuống lá và thân (dây)

đều bị bệnh Triệu chứng đầu tiên là những đám biến vàng ở mặt trên lá.về sau, các đám

này bị chết và bao quanh bởi một quầng vàng, Bệnh lây lan do gió và côn trùng phát tán

nấm

Ốc bươu vàng: rau muống nước thường bị ốc bươu ăn lá Khi phát hiện ốc bươu

vàng cần bắt ốc, ngắt bỏ ổ trứng ốc

Sâu khoang, sâu xanh: Cần phát hiện sớm, bắt sâu bằng tay, ngắt ổ trứng và ổ sâu

non mới nở Để tiêu diệt sâu có thể sử dụng các loại chế phẩm vi sinh hoặc thuốc thảo

mộc như Rotenone hoặc Neem

Sâu ba ba: còn gọi là bọ rùa kim tuyến Thường gây hại trên các ruộng rau muống

nước, ruộng có độ ẩm cao Sâu gặm biểu bì lá tạo nên những lỗ thủng tròn to trên lá

Phòng trừ phải diệt được cả sâu non và trưởng thành Trồng rau gần nguồn nước tưới

tiêu, có thể tưới nước vào ruộng ngập ngọn rau và ngâm trong vài giờ; sau đó tháo nước

nhanh, làm như vậy có tác dụng diệt sâu cao

Rầy xám: thường hại nặng ở rau muống cạn Khi có sâu có thể tháo nước vào

ruộng rồi thả vịt vào bắt các loại sâu

Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Bã thải sau trồng nấm và rau muống cạn

2.2 Dụng cụ hóa chất

Dụng cụ

 Tủ ấm, tủ sấy, nồi hấp khử trùng

 Nhiệt kế

 Giấy quỳ, máy đo nhanh pH

 Máy đo quang, máy quang kế, thiết bị chưng cất Nitơ

 Các dụng cụ khác như: cân, thiết bị nghiền, rây 1mm, rây 0,25mm, đĩa pettri,

ống nghiệm, bình tam giác 100, 250, 500 ml, bình định mức 100, 250 ml…

 Thiết bị đảo trộn: cào, cuốc, xẻng…

 Thùng xốp

Hóa chất

 Pepton, agar, cao thịt bò, tinh bột, glucozo, saccarozo, K2HPO4, NaCl,

FeSO4.6H2O, NaNO3, KCl, FeSO4, MgSO4

 H2SO4, HClO4, NaOH, HCl, axit Boric, amonimolypdat

[(NH4)6Mo7O24.4H2O], K2Cr2O7, feroin O.phenanthrolin, muối mor, và một số hóa chất

khác

 Nước vôi trong, phân NPK, phân lợn, phân gà, nước tiểu

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp phân tích các chỉ số hóa lý

Các chỉ tiêu hóa lý và chỉ tiêu về số lượng vi sinh vật được thực hiện tại Phòng thí

nghiệm Thổ nhưỡng, phòng thí nghiệm bộ môn công nghệ, Khoa Môi trường, Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Các chỉ tiêu phân tích là: mùi,

pH, nhiệt độ, độ ẩm, CHC tổng số, Nts, Pts, Kts và số lượng vi sinh vật

Các chỉ số hóa lý được phân tích bằng các phương pháp trong bảng sau

Bảng 3 Phương pháp phân tích các chỉ số hóa lý

STT Các thông số Đơn vị đo Phương pháp xác định

- Nhiệt độ: Nhiệt kế được đặt giữa đống ủ phân compost

- Độ pH: Giá trị pH được xác định bằng cách lấy 1g mẫu hòa tan trong 30 ml

nước cất và dùng bút đo pH để xác định pH trong mẫu phân tích

- Độ ẩm: Độ ẩm được xác định bằng cách nung mẫu ở 105oc trong 2 giờ [23]

- Kết quả được tính theo công thức:

Trong đó: m1 là khối lượng của mẫu trước khi sấy (g)

m2 là khối lượng của mẫu sau khi sấy (g)

₋ Thể tích đống ủ: Thể tích đống ủ được đo bằng cách đo kích thước của khối ủ

Thể tích được tính bằng công thức:

V (m3) = a.b.c Trong đó: a là chiều dài khối ủ (m)

b là chiều rộng khối ủ (m)

c là chiều cao khối ủ (m)

₋ Phương pháp xác định hàm lượng Cacbon hữu cơ tổng số [22]

Hàm lượng carbon hữu cơ tổng số trong mẫu được phân tích bằng phương pháp

Walkley- Black theo TCVN 9294: 2012

Hàm lượng % C hữu cơ tổng số được tính theo công thức:

b: Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu thử (ml) m: Khối lượng mẫu cân để xác định (g)

3: Đương lượng gam của cacbon (g) 100/75: Hệ số quy đổi (do phương pháp này có khả năng oxy hóa 75 % tổng lượng cacbon hữu cơ)

Công thức chuyển đổi từ OC (C tổng số hữu cơ) sang OM (chất hữu cơ tổng số):

% OM = % OC x 2,2 2,2: Hệ số chuyển đổi cac bon hữu cơ sang chất hữu cơ

₋ Phương pháp xác định hàm lượng Nitơ tổng số [19]

Xác định hàm lượng Nitơ tổng số bằng phương pháp Kjeldahl Nitơ tổng số được

xác định theo công thức:

Trong đó:

a: Thể tích dung dịch HCl chuẩn độ dùng cho mẫu (ml)

b: Thể tích dung dịch HCl chuẩn độ dùng cho mẫu trắng (ml)

N: Nồng độ đương lượng axit HCl chuẩn

0,01401: Mili đương lượng gam của Nitơ (g)

m: Khối lượng mẫu tương ứng với thể tích dịch trích chưng cất (g)

₋ Phương pháp xác định hàm lượng photpho tổng số [21]

Photpho tổng số (%) được xác định bằng phương pháp so màu xanh molipden

theo TCVN 8563: 2010 Photpho (%) được tính theo công thức:

Trong đó:

a: Nồng độ photpho tìm được trên đường chuẩn mg P/l m: Khối lượng mẫu phân hhuyr tính bằng g

V: Thể tích mẫu sau phân hủy (ml)

V1: Thể tích dung dịch sau phân hủy trích để phân tích (ml)

V2: Thể tích bình lên màu (ml)

100, 1000 các hệ số quy đổi

₋ Phương pháp xác định hàm lượng Kali tổng số[20]

Hàm lượng kali (K) tổng số được xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ

nguyên tử ngọn lửa theo TCVN 8562- 2010

Lượng kali trong mẫu, (K), biểu thị bằng mg/kg, theo công thức sau:

5 10