Hiệu quả của bùn thải bia và bùn cá được xử lý phơi nắng trên sinh trưởng và năng suất rau trồng trong nhà lưới

Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu đánh giá hiệu quả của xử lý bùn bia (BB) và bùn cá (BC) qua phơi nắng để làm phân hữu cơ nhằm cải thiện năng suất của rau cải. BB và BC sau khi được xử lý phơi nắng đạt các mức ẩm độ 10%, 30% và 50% và được phân tích các thành phần hóa học, kim loại nặng, mật số vi sinh vật (VSV) gây bệnh. BB và BC sau xử lý phơi nắng được phối trộn với bùn mía (BM) và bón tương đương 2 tấn/ha cho thí nghiệm trồng cải xanh (Brassica juncea) trong điều kiện nhà lưới. Kết quả phân tích BB và BC cho thấy các chỉ tiêu hóa học, mật số VSV gây bệnh và kim loại nặng sau khi xử lý đều đạt dưới ngưỡng qui định đối với phân hữu cơ.

Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô Số 02 - 2017 HIỆU QUẢ CỦA BÙN THẢI BIA VÀ BÙN CÁ ĐƯỢC XỬ LÝ PHƠI NẮNG TRÊN SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT RAU TRỒNG TRONG NHÀ LƯỚI Đỗ Thị Xuân1*, Nguyễn Thị Phương2, Nguyễn Mỹ Hoa1, Trần Nam Kha3 Trương Thùy Linh1 Trường Đại học Cần Thơ (Email: dtxuan@ctu.edu.vn) Trường Đại học Đồng Tháp Công ty TNHH Nông Thiên Việt Ngày nhận: 15/11/2017 Ngày phản biện: 10/12/2017 Ngày duyệt đăng: 20/12/2017 TÓM TẮT Nghiên cứu thực với mục tiêu đánh giá hiệu xử lý bùn bia (BB) bùn cá (BC) qua phơi nắng để làm phân hữu nhằm cải thiện suất rau cải BB BC sau xử lý phơi nắng đạt mức ẩm độ 10%, 30% 50% phân tích thành phần hóa học, kim loại nặng, mật số vi sinh vật (VSV) gây bệnh BB BC sau xử lý phơi nắng phối trộn với bùn mía (BM) bón tương đương tấn/ha cho thí nghiệm trồng cải xanh (Brassica juncea) điều kiện nhà lưới Kết phân tích BB BC cho thấy tiêu hóa học, mật số VSV gây bệnh kim loại nặng sau xử lý đạt ngưỡng qui định phân hữu Tỉ lệ nẩy mầm cải NT BB-30 BC50 cao NT đối chứng Các NT bón phân hữu BB: BM (50:50), BC:BM (50:50) BC:BM (20:80) có trọng lượng tươi khơ cao NT đối chứng NT bón phân hữu bã bùn mía Xử lý phơi nắng BB đạt ẩm độ 30% BC đạt ẩm độ 50% có hiệu giúp tăng sinh trưởng suất cải Tuy nhiên, mật số Coliforms E coli diện cải thí nghiệm cao ngưỡng giới hạn mật số VSV gây bệnh rau ăn sống Vì yếu tố xử lý đất trồng rau cần thiết để giảm mầm bệnh từ đất Từ khóa: Bùn bia, bùn cá, cải bẹ xanh, nẩy mầm, vi sinh vật gây bệnh Trích dẫn: Đỗ Thị Xuân, Nguyễn Thị Phương, Nguyễn Mỹ Hoa, Trần Nam Kha Trương Thùy Linh, 2017 Hiệu bùn thải bia bùn cá xử lý phơi nắng sinh trưởng suất rau trồng nhà lưới Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô 02: 81-96 *Tiến sĩ Đỗ Thị Xuân, Giảng viên Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ 81 Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô GIỚI THIỆU Số 02 - 2017 (thermophilic aerobic digestion) phương pháp xử lý phi sinh học bổ sung vôi, ủ bùn thải làm compost, sử dụng nước khử trùng (Goldfarb et al., 1999; Cabaret et al., 2002; Hodgson et al., 2004) Tuy nhiên, trở ngại phương pháp bùn thải xử lý chưa đáp ứng yêu cầu theo qui định, việc sử dụng ánh sáng mặt trời để khử trùng làm ổn định tính chất bùn thải xem phương pháp hiệu (Seginer and Bux, 2006) Mặt khác, việc sử dụng hai nguồn bùn thải không qua phương pháp ủ phân rút ngắn thời gian xử lý bùn chủ động nguồn phân hữu bón cho trồng Do đó, mục tiêu nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý bùn thải qua phơi nắng để làm phân hữu nhằm cải thiện suất rau cải Hiện nay, nước có 350 sở sản xuất bia với lượng bùn thải bia tương đương triệu tấn/năm (Bộ Cơng thương, 2009) Ngồi ra, với 429 nhà máy chế biến thủy sản, lượng bùn thải thải mơi trường ước tính nước khoảng 858 tấn/ngày (Võ Phú Đức, 2013) Các nghiên cứu gần cho thấy hai nguồn bùn thải bia bùn thủy sản có hàm lượng dinh dưỡng chất hữu cao (Ki et al., 1979; Kanagachandran and Jayaratne, 2006; Võ Thị Kiều Thanh ctv., 2012; Nguyễn Thị Phương ctv., 2016) phép quản lý thải nguồn chất thải thường (Võ Phú Đức, 2013) Mặc dù vậy, số lượng nguồn bùn thải thải ngày nhiều, khơng có phương án xử lý sử dụng chất thải kịp thời lâu dài gây hại đến môi trường (Thomas and Rahman, 2006) diện số vi sinh vật (VSV) mơi trường gây bệnh, từ gây hậu ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đất, nước sức khỏe cộng đồng (Saviozzi et al., 2001; Thomas and Rahman, 2006) PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu nghiên cứu Bùn thải bia bùn cá thu sản phẩm cuối trình xử lý nước thải từ nhà máy sản xuất bia chế biến thủy sản Hai nguồn bùn thải ép loại bỏ nước trước thải môi trường Mẫu bùn cá (BC) thu nhà máy chế biến thủy sản Hậu Giang Bùn thải bia (BB) thu nhà máy sản xuất bia Tiền Giang Vật liệu bùn mía (BM) thu nhà máy mía đường Vị Thanh, Hậu Giang để phối trộn với nguồn bùn thải xử lý phơi nắng nguồn cung cấp chất xơ Các mẫu bùn sau thu trữ Các tính chất bùn thải phụ thuộc vào chất lượng bùn thải phương pháp xử lý (Singh and Agrawal, 2008) Có nhiều phương pháp xử lý bùn thải xử lý sinh học bao gồm phân hủy vi sinh vật kỵ khí (anaerobic digestion), phân hủy nhóm vi sinh vật háo khí ưa nhiệt trung bình (mesophilic aerobic digestion) phân hủy nhóm vi sinh vật háo khí ưa nhiệt cao 82 Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô Số 02 - 2017 nắng mặt trời (ẩm độ 10%) Các mẫu thu để vào túi plastic kín trữ vào tủ lạnh 4ºC Mẫu bùn mía (BM) phơi nắng trực tiếp đến ẩm độ 20% Nguồn bùn mía sử dụng để phối trộn với mẫu bùn cá (BC) bùn bia (BB) xử lý phơi nắng Đánh giá tiêu chất hữu cơ, đạm tổng số, lân tổng số, mật số Coliforms, E coli, Salmonella sau xử lý phơi nắng mẫu BC BB Mật số vi sinh vật gây bệnh xác định phương pháp trình bày mục 2.2.1 túi plastic 50kg vận chuyển phòng thí nghiệm Các mẫu bùn trộn đều, cân 300g mẫu bùn cho phân tích ẩm độ, pH, EC, chất hữu cơ, đạm tổng số, lân tổng số, cation trao đổi (CEC), mật số vi sinh vật gây bệnh (mật số Coliforms, E coli, Salmonella) hàm lượng kim loại nặng Mn, Cd Pb 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp phân tích tiêu vi sinh vật môi trường Cân 10g loại bùn thải cho vào chai 250ml thêm 90ml buffer phosphate (39,3g Na2HPO4.12H2O 31,2g NaH2PO4.2H2O pha lít nước khử khống) tiệt trùng, lắc tốc độ 150 vòng/phút Dung dịch hai loại bùn thải xác định mật số vi sinh vật E coli, Coliforms Salmonella theo phương pháp Pond et al., (2000) 2.2.3 Thí nghiệm khảo sát tỉ lệ nảy mầm cải xanh (Brassica juncea) giá thể bùn bia bùn cá xử lý phơi nắng Các nguồn bùn thải sau xử lý phương pháp phơi nắng mục 2.2.2 sử dụng để tiến hành thí nghiệm đánh giá nẩy mầm cải bẹ xanh (Warman, 1999) Đất thu từ khu vực xung quanh nhà lưới môn Khoa học đất phơi khô không khí nghiền nhỏ qua rây 2mm, phân hữu bả bùn mía (cơng ty phân bón P.P.E) hạt giống cải bẹ xanh chịu mưa TN 53 (Công ty Trang Nông) 2.2.2 Phương pháp xử lý phơi nắng hai nguồn bùn thải Hai nguồn bùn chuyển vào khay nhựa trải với độ dày lớp bùn cm, phơi khơ khơng khí đến ẩm độ 70%, tiến hành phơi nắng trực tiếp ánh nắng mặt trời từ sáng chiều, đảo trộn mẫu 30 phút/lần Thu mẫu lần mẫu bùn cá bùn bia phơi trực tiếp ánh nắng mặt trời (ẩm độ 50%), thu mẫu lần mẫu bùn phơi trực tiếp nắng (ẩm độ 30%) lần mẫu bùn phơi ánh * Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm thực khay bố trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên với tám nghiệm thức (Bảng 1) ba lần lặp lại cho nghiệm thức Khối lượng giá thể (đất bùn xử lý phân hữu cơ) sử dụng cho khay 0,5 kg/ khay 83 Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô Số 02 - 2017 Bảng 1: Các nghiệm thức thực cho thí nghiệm đánh giá nẩy mầm cải bẹ xanh ươm giá thể nguồn bùn bia bùn cá xử lý phơi nắng Nghiệm thức Công thức Đối chứng (Đất) Bùn bia ẩm độ 10% (BB-10) Bùn bia ẩm độ 30% (BB-30) Bùn bia ẩm độ 50% (BB-50) Bùn cá ẩm độ 10% (BC-10) Bùn cá ẩm độ 30% (BC-30) Bùn cá ẩm độ 50% (BC-50) PHC bã bùn mía * Phương pháp thực hiện: hạt cải rửa sạch, loại bỏ hạt lép, ngâm hạt cải bẹ xanh theo hướng dẫn bao bì, sạ 100 hạt vào khay tưới phun sương để giữ ẩm cho nghiệm thức (khoảng 60% ẩm độ đất) Ở ba ngày đầu sau sạ, khay tưới phun sương hai lần Khi mầm phát triển, ngày tưới phun sương lần Thí nghiệm thực thời gian 14 ngày có 50% hạt giống nẩy mầm tất khay trình xử lý phơi nắng hai nguồn BB10, BC-10 thời gian dài để mẫu bùn đạt ẩm độ 10% hai nguồn bùn khơ cứng, khơng thể nghiền nhỏ trước thực thí nghiệm, nên thí nghiệm loại bỏ ba nghiệm thức BB10, BC-10 PHC bả bùn mía 2.2.4 Đánh giá sinh trưởng suất cải xanh (Brassica juncea) trồng đất có bón hai nguồn bùn thải Từ kết thí nghiệm mục 2.2.3, hai mẫu BB xử lý 30% ẩm độ (BB-30) mẫu bùn cá xử lý 50% ẩm độ (BC50) có tỉ lệ nẩy mầm cải xanh cao mẫu cải trồng nghiệm thức đối chứng (đất) sử dụng làm phân hữu bón cho cải xanh Mẫu BB-30 BC-50 sử dụng nguồn cung cấp đạm bổ sung thêm nguồn BM nhằm làm tăng độ tơi xốp bùn thải Mẫu bùn mía phơi khơ xác định tiêu vi sinh vật gây bệnh cho người thực mô tả * Các tiêu đánh giá thời điểm thu hoạch bao gồm: ghi nhận phần trăm nẩy mầm, chiều cao mầm, trọng lượng tươi cải mầm xác định cách thu hoạch tất phần thực vật phía mặt đất, trọng lượng khơ cải mầm xác định phương pháp sấy mẫu cải mầm 105ºC thời gian 14 Các nghiệm thức BB-10, BC-10 PHC bã bùn mía khơng có nảy nầm hạt cải sau 14 ngày gieo 83 Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô mục 2.2.1 Các mẫu bùn xử lý trộn với bùn mía theo tỉ lệ 50:50 20:80 (w/w) (Lâm Ngọc Tuyết 2017) Số 02 - 2017 cho nghiệm thức Mỗi chậu chứa 7kg đất khô kiệt Liều lượng phân hữu (hai mẫu bùn xử lý phối trộn với bùn mía cho loại bùn dựa vào kết nghiên cứu Lâm Ngọc Tuyết (2017) sử dụng nghiệm thức tấn/ha bón vào chậu ngày trước sạ cải (Trần Thị Ba, 1999) Các nghiệm thức trình bày Bảng Chuẩn bị đất thí nghiệm: đất, phân hữu bã bùn mía giống cải xanh chuẩn bị mục 2.2.3 Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên chậu với sáu nghiệm thức ba lần lặp lại Bảng 2: Các nghiệm thức thực cho thí nghiệm đánh giá sinh trưởng suất cải xanh Nghiệm thức Tỉ lệ phối trộn bùn thải với bùn mía(a) Cơng thức phối trộn Đối chứng (Đất) Đất+ (BB-30: Bùn mía) Đất+ (BB-30: Bùn mía) 20:80(*) 50:50 20:80 Đất+ (BC-50: Bùn mía) 50:50 Đất+(BC-50: Bùn mía) Đất+ PHC bã bùn mía Ghi chú: BB-30: bùn bia xử lý nhiệt ẩm độ 30%; BC-50 bùn cá xử lý nhiệt ẩm độ 50%; (*) Tỉ lệ phối trộn bùn thải bùn mía chọn kết nghiên cứu Lâm Ngọc Tuyết (2017) Phương pháp thực hiện: Các hạt cải bẹ xanh xử lý theo mục 2.2.3 gieo 10 hạt vào chậu Tưới nước liều lượng cho nghiệm thức để giữ ẩm Khi cao khoảng cm tiến hành tỉa bỏ để lại cải/ chậu Phân bón sử dụng theo khuyến cáo qui trình trồng cải xanh Trần Thị Ba (1999) với công thức cho phân bón 55 kg N – 32 kg P2O5 – 46 kg K2O (kg/ 1000m2) Rau tưới hai lần/ngày vào buổi sáng khoảng 45h chiều ngày Thí nghiệm thực thời gian 30 ngày Khi kết thúc thí nghiệm tiến hành thu hoạch cải * Các tiêu đánh giá: Ghi nhận chiều cao (đo chiều cao cải xanh tính từ mặt đất đến đỉnh cây/chậu), đếm số bẹ lá/cây, cân trọng lượng tươi trọng lượng khô cây, kiểm tra mật số E coli, Coliforms Salmonella cải sau thu hoạch thực theo phương pháp mơ tả mục 2.2.1 85 Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô * Xử lý số liệu: tiêu mật số E coli, Coliforms Salmonella, tỉ lệ nẩy mầm, tiêu nông học cải mầm cải xanh nghiệm thức đánh giá qua phép thống kê ANOVA, so sánh trung bình nghiệm thức phép thử LSD Sử dụng phần mềm MINITAB 16.0 Số 02 - 2017 47,37mg/kg cho Cu Hàm lượng Cd, Pb diện nguồn BC BB dao động từ 0,069 – 0,081mg/kg cho Cd 0,058 – 0,129mg/kg cho Pb Kết phân tích cho thấy tiêu thấp so với kết nghiên cứu Fytili and Zanbaniotou (2008); Rebah et al (2009); Trương Quốc Phú (2012) Theo tiêu chuẩn QCVN 07/2009/BTNMT QCVN 50 /2013/ BTNMT hàm lượng kim loại nặng chất thải nguy hại hai mẫu bùn bia bùn cá ngưỡng cho phép có nguyên vật liệu để sản xuất phân hữu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá thành phần kim loại nặng hai nguồn bùn thải Qua kết Bảng cho thấy, mẫu BB BC có hàm lượng Zn, Mn, Cu dao động từ 63 - 984mg/kg cho Zn 26-38,59 mg/kg cho Mn, 27,60- Bảng 3: Một số tiêu hóa học kim loại nặng có nguồn bùn bia bùn cá thu Tiền Giang Hậu Giang Nguồn bùn Một số tiêu hóa học kim loại nặng diện hai mẫu bùn EC(1) Mn Zn Fe Cu Pb Cd (mS/cm) (mg/kg) (mg/kg) (%Fe2O3) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) 6,56 2,10 26,00 984 0,56 27,60 0,13 0,08 7,60 2,30 38,59 63 0,28 47,37 0,06 0,07 15 0,5 pH(1) Bùn bia Bùn cá Ngưỡng cho phép (mg/l)(2) Ghi chú: (1 ) pH EC mẫu bùn trích với nước theo tỉ lệ 1:2,5; (2) hàm lượng kim loại nặng ngưỡng cho phép qui định hàm lượng kim loại nặng có bùn thải theo QCVN 50:2013/BTNMT cao giá trị EC từ bùn cống thải (EC = 0,47 - 0,53mS/cm (Bùi Thị Nga ctv., 2014) Qua kết phân tích cho thấy giá trị pH hai nguồn bùn thải đạt giá trị trung tính, giá trị EC thấp thích hợp dể sử dụng nguồn phân hữu Hai tiêu có vai trò quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến sinh 3.2 Đánh giá thành phần dinh dưỡng hai nguồn bùn trước sau xử lý nhiệt Qua kết Bảng 3, giá trị pH nguồn BB BC dao động khoảng 6,56 - 7,60 thấp giá trị pH (7,95-8,17) bùn cống thải Giá trị EC BB BC (2,1 – 2,3 mS/cm) 86 Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô Số 02 - 2017 kim loại nặng đạt so với yêu cầu phân hữu theo Thông tư số 36/2010/TT-BNNPTNT trưởng phát triển trồng, hoạt động vi sinh vật đất, độ hữu dụng dưỡng chất đất (Ngô Ngọc Hưng ctv., 2014) 3.2 Đánh giá nguồn vi sinh vật môi trường diện hai nguồn bùn thải trước sau xử lý nhiệt Hàm lượng đạm tổng số (Nts) có mẫu BB BC 2,43 – 4,38% (Bảng 4) Qua trình xử lý phơi nắng hàm lượng Nts nguồn BB-30 BC-50 không thay đổi đáng kể, cao hàm lượng đạm tổng số bùn cống thải (Trần Phương Đông, 2013), bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh nước mặn (Nguyễn Văn Mạnh, 2015) đạt yêu cầu so với quy chuẩn phân hữu Qua kết Bảng cho thấy hai nguồn BB BC chưa xử lý phơi nắng có diện Coliforms 5,4x106 CFU/g vật liệu 4,5x107 CFU/g vật liệu Mật số E coli chưa xử lý nhiệt đạt 5,4x105 CFU/g 5,4x106 CFU/g vật liệu Mật số vi khuẩn E coli Coliforms gây bệnh cho người diện hai nguồn bùn thải cao ngưỡng cho phép (QCVN 24: 2009/ BTNMT QCVN 07: 2009 / BTNMT) Riêng Salmonella khơng phát có hai nguồn BB BC trước sau xử lý phơi nắng Mẫu bùn bia bùn cá có hàm lượng lân tổng số (Pts) 10,7 7,17% Các mẫu BB BC sau xử lý phơi nắng theo ẩm độ có hàm lượng Pts cao chiếm khoảng 8,05 11,09% (Bảng 4) Giá trị tương tự kết phân tích bùn cống thải Anderson (1959), Fytili and Zanbaniotou (2008) nguồn bùn bia Võ Thị Kiều Thanh ctv (2012) Hàm lượng kali tổng số (Kts) BB BC dao động từ 0,23% đến 1,13% Hàm lượng Kts (Bảng 4) từ nguồn vật liệu BB BC sau xử lý phơi nắng ẩm độ dao động khoảng 0,19 - 1,58% Kết tương tự kết nghiên cứu Ki et al (1979), Võ Thị Kiều Thanh ctv (2012), Trương Quốc Phú ctv (2012) Ở nghiệm thức (NT) BB xử lý phơi nắng mật số Coliforms giảm đáng kể, ngưỡng cho phép (Bảng 4) Đối với nguồn BC sau xử lý phơi nắng NT BC-50 có mật số Coliforms giảm 1710 CFU/g, NT BC-30 mật số Coliforms giảm 754 CFU/g NT BC-10 có mật số Coliforms giảm 720 CFU/g Mật số E coli giảm đáng kể sau xử lý phơi nắng NT BC-50 754 CFU/g, BC-30 giảm 387 CFU/g (Bảng 4) Nguồn bùn mía có mật số Coliforms 2700 CFU/g mật số E coli 541 CFU/g ngưỡng cho phép Qua kết phân tích hai nguồn bùn thải trước sau xử lý phơi nắng cho thấy hàm lượng CHC, đạm tổng số, lân tổng số, kali tổng số hàm lượng Sau trình xử lý phương pháp phơi nắng hai nguồn bùn thải 87 Tạp chí Nghiên cứu khoa học Phát triển kinh tế Trường Đại học Tây Đô mật số VSV gây bệnh giảm so với trước xử lý có mật số VSV mơi trường ngưỡng gây hại Vì hai Số 02 - 2017 nguồn BB BC xử lý bùn mía sử dụng để tiến hành thí nghiệm đánh giá sinh trưởng cải xanh Bảng 4: Thành phần dinh dưỡng mật số vi sinh vật có hai nguồn bùn trước sau xử lý phơi nắng Mẫu bùn BB(trước xử lý) BB-50 BB-30 BC(trước xử lý) BC-50 BC-30 BM Ngưỡng cho phép Chỉ tiêu hóa học bùn N P 2,43 2,61 2,57 4,28 5,36 3,57 10,7 11,19 10,9 7,17 8,05 8,23 K (%) 0,23 0,2 0,19 1.13 1,09 1,38 CHC 42,39 41,87 41,13 61,62 59,92 35,74 Chỉ tiêu sinh học bùn (CFU/g bùn khô) Coliforms E coli 5,4x106 1045 609 4,5x107 1710 720 2700