2. Mẫu bao cao nckh-9a5

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TRƯỜNG THPT & THCS NGUYỄN TẤT THÀNH – QUẬN CẦU GIẤY ************** ĐỀ TÀI DỰ THI “NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KỸ THUẬT 2017” Tên đề tài: : SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ BÃ CÀ PHÊ KÉT HỢP PHẾ THẢI SINH HOẠT Lĩnh vực: HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN Ths Trần Minh Đức TÁC GIẢ: Hà Hải Dương Lớp:9A5 Nhữ Thục Huyền Lớp:9A5 Hà Nội, tháng 10 năm 2017 MỤC LỤC: MỞ ĐẦU: .trang NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .trang - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình ủ phân - Nghiên cứu trình composting KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .trang 19 KẾT LUẬN .trang 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU: LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Về vấn dề vệ sinh an toàn thực phẩm: Thống kê nguồn gốc rau sử dụng hàng ngày hộ gia đình 28.56% 15.94% Rau tự trồng Từ quê Rau chợ/ siêu thị 55.50% THỐNG KÊ VỀ MỨC ĐỘ LO LẮNG VẤN ĐỀ VỆ SINH CỦA RAU ĐƯỢC MUA TỪ CHỢ/ SIÊU THỊ 21.17% 24.51% 54.32% Rất lo lắng Lo lắng Không lo lắng a - Hầu hết, người tiêu thụ rau qua việc mua bán khu chợ, siêu thị khơng có thời gian để tự trồng rau gia đình, khơng có thời gian để thường xuyên để quê lấy rau khơng có đủ điều kiện kỹ để xây dựng mơ hình trồng rau gia đình - Mọi người lo lắng vấn đề an toàn vệ sinh loại rau mua chợ hay cửa hàng số người cảm thấy khơng lo lắng họ cho tìm địa điểm mua rau an tâm, tin cậy Về vấn đề môi trường: - Hiện trạng rác thải gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường, phân hủy - Các oxide nito, lưu huỳnh, cacbon khí độc sinh gây ô nhiễm trường, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người Tính cấp thiết đề tài: Mỗi năm nông dân Việt Nam sử dụng tới khoảng triệu phân bón vơ qui chuẩn, không kể phân hữu loại phân bón khác sở tư nhân công ty TNHH sản xuất, cung ứng Từ năm 1985 đến nay, mức tiêu thụ phân đạm tăng trung bình 7,2%/năm; phân lân tăng 13,9%/năm; riêng phân kali có mức tăng cao 23,9%/năm Tổng lượng sử dụng N + P2O5 + K2O 15 năm qua tăng trung bình 9,0%/năm thời gian tới có xu hướng tăng năm khoảng 10% Trong 15 năm qua, giai đoạn: 1985-1990; 199 -1995 1996-2001 lượng tiêu thụ phân kali Việt Nam tăng nhanh liên tục Ở giai đoạn 1985-1990; 1991- 1995 1996-2001 mức tiêu thụ phân đạm tăng hàng năm 10,3%; 16,7% 8,2% tương ứng Như năm trở lại mức tăng tiêu thụ phân đạm giảm dần Ở giai đoạn trên, mức tiêu thụ phân lân tăng hàng năm 13,4%; 26,8%; 21,1% tương ứng có xu hướng giảm mức tăng phân đạm Hiện nay, ngành sản xuất phân hóa học nước ta đáp ứng khoảng 45% nhu cầu nơng nghiệp, cịn lại phải nhập gần toàn phân đạm urê, kali phân phức hợp DAP, lượng lớn phân hỗn hợp NPK với tổng số triệu tấn/năm Riêng phân khống kali, phải nhập hồn tồn nên tiêu thụ kali nước ta bị phụ thuộc thị trường nước Tuy nhiên, thực trạng lạm dụng phân bón hóa học nước ta kéo dài lâu ảnh hưởng đến độ phì nhiêu đất, gây xói mịn đất Vậy nên, nghiên cứu việc xử lý rác thải hữu để sản xuất phân compost có chất lượng hàm lượng dinh dưỡng tối ưu mà khơng sử dụng đến hợp chất hóa học vấn đề thiết thực cấp bách lúc Việt Nam nước xuất gạo đứng thứ hai giới, sau Thái Lan Bên cạnh gạo, không nhắc đến cà phê Việt Nam, với thương hiệu cà phê Trung Nguyên tiếng Theo số liệu ước tính Sở NN&PTNT, Bộ NN&PTNT, diện tích trồng cà phê nước ta năm 2014 ước tính vào khoảng 653.000 ha, tăng 2% so với năm 2013 (633.000 ha) Trái cà phê sau thu hoạch hạt, chế biến sử dụng, phần bã cà phê cịn lại sử dụng, thải bỏ gây ảnh hưởng đến môi trường Trong năm gần đây, phương pháp phân hủy sinh học hiếu khí chất thải rắn (compost) cho thấy phạm vi ứng dụng cao Sản xuất compost vừa xử lý triệt để chất thải, góp phần bảo vệ mơi trường vừa tạo sản phẩm có giá trị Nhiệt độ hệ thống cho phép loại mầm bệnh, q trình làm compost đánh giá ảnh hưởng tới mơi trường, đồng thời chuyển hóa thành sản phẩm có hàm lượng dinh dưỡng tốt cho trồng Nguồn nguyên liệu bã café để sản xuất phân hữu từ chất thải rắn chịu ảnh hưởng mặt giá thị trường Sản phẩm đầu an tồn, có tính ứng dụng cao, hướng đến phát triển nông nghiệp bền vững Tình hình, lịch sử nghiên cứu: Có nhiều đề tài nghiên cứu việc xử lý loại phế phẩm nông nghiệp rác thải sinh hoạt việc sản xuất phân bón hữu Tuy nhiên, đè tài chưa thực đưa số tối ưu phân bón giàu dinh dưỡng Thực tế nay, việc sử dụng bã cà phê bón phân ngày biết tới sử dụng rộng rãi việc composting bã cà phê sử dụng bã cà phê kết hợp với rác thải hữu ủ phân cách hợp lý tỉ lệ tối ưu hoàn toàn chưa có Vậy nên, đề tài chúng em nghiên cứu sâu việc xử lý, composting bã cà phê rác thải hữu cách hiệu với số liệu tỉ lệ thực tế phương pháp phối trộn đột phá để hình thành nên vật liệu phân bón đầu hồn hảo Đối tượng nghiên cứu: - Nghiên cứu phương pháp xử lý loại rác thải sinh hoạt hàng ngày để tiến hành xây dựng mơ hình trơng rau hộ gia đình - Sản phẩm phân ủ sử dụng để trồng loại rau đơn giản (giá đỗ, rau muống, rau cải ) Mục tiêu: - Phân loại loại rác thải sinh hoạt - Phân tích thành phần dinh dưỡng loại rác thải hữu - Biết cách cân đối, sử dụng loại rác hữu việc chế tạo phân bón - Điều chế dung dịch thuốc trừ sâu hữu giá rẻ từ thực vật - Hoàn thành mơ hình trồng rau từ chất thải vô ( vỏ lon, chai lọ cũ ) - Ni trồng rau, phân tích hàm lượng dinh dưỡng rau, so sánh loại rau tự trồng với loại rau từ chợ, loại rau sử dụng phân bón hóa học - Giải thích khác hàm lượng chất dinh dưỡng có loại rau thị trườn rau tự trồng phân hữu - Xử lý kim loại nặng nhiễm rau ( có) Bảng 1: Đặc tính bã cà phê sử dụng ủ phân Thành phần chất Xenlulozo Chất tro Đường Ligin Đơn vị g/100g g/100g g/100g g/100g Ý nghĩa: - Vấn đề môi trường: + Phân loại rác vô hữu hộ gia đình Giá trị 10-20 2,5 – 4,5 – 10 + Tái chế rác hữu thành phân bón, trở thành nguồn dinh dưỡng có lợi cho trồng - Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm: + Đảm bảo rau sạch, không lo nhiễm chất độc hóa học gia đình + Xây dựng mơ hình trồng rau phù hợp II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới q trình ủ hiếu khí: * Chất dinh dưỡng: - Các vi sinh vật cần thành phần C, N, P để tự nuôi dưỡng phát triển - Quá trình ủ hiếu khí cần nhiều dưỡng chất - Tránh tăng đột ngột lượng chất thải gây phá vỡ cân trình phân hủy - Các vi sinh vật tiêu thụ carbon khoảng 20-30 lần so với nito gấp 100 lần so với photpho - Các vi lượng tố sắt, mangan, lưu huỳnh, có vai trị phát triển sinh vật - Lương carbon thiếu cung cấp cách thêm gỗ, mùn cưa, vỏ trấu, hieus nito bổ sung cây, bùn cặn, * Nhiệt độ: - Nhiệt độ đóng ủ tăng 10 độ tốc độ phân hủy tăng lần - Nhiệt độ nên trì 70 độ c Ở nhiệt độ này, vi sinh vật gây bệnh bị ức chế - Không nên để nhiệt độ cao khiến cho trình phân hủy bị khô, loại vi khuẩn bị tiêu diệt * Ảnh hưởng độ ẩm: -Độ ẩm 50-60% độ ẩm tối ưu -Độ ẩm 40% tốc độ phân hủy chậm lại -Độ ẩm 80% khó khăn cho việc thổi khí, gây trở lực cao * Ảnh hưởng pH chế đọ cấp khí: - pH mức trung tính 6-8 tối ưu cho vi khuẩn phát triển -Nhiệt độ tăng khiến môi trường ủ có kiềm tính - Cung cấp khí cách đảo trộn Tiến hành nghiên cứu mơ hình composting từ bã cà phê rác thải sinh hoạt 2.1 Vật liệu nghiên cứu - Bã cà phê thu gom từ quán cà phê khu vực Cầu Giấy - Vỏ trứng thu gom từ hộ gia đình - Vỏ trấu - Rau củ thừa sinh hoạt gia đình - Chế phầm ủ phân Sagi Bio Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam - Các loại chất thải hữu - Men vi sinh Trichoderma - Phân trùn quế - Thùng nhựa để ủ phân 2.2 Xử lý bã cà phê trước ủ phân - Bã cà phê sau thu gom ngâm nước với tỉ lệ : để lớp dầu mỡ lên tiến hành gạn bỏ lớp dầu mỡ nước Sau ngâm, tiến hành phơi khô bã cà phê GIẢI THÍCH : + Cà phê thường đại lý, cửa hàng pha thêm loại phụ phẩm bơ, dầu, caramen, … bã cà phê ngồi vị đắng thông thường chứa loại chất trên, cần thiết phải xử lý lượng dầu mỡ + Giảm bớt vị đắng bã cà phê, ổn định pH tạo điều kiện thuận lợi cho trình ủ phân chế phẩm sinh học Hình 1: Bã cà phê sau thu gom cửa hàng 2.3 Xử lý vỏ trứng trước ủ phân - Vỏ trứng sau thu gom tiến hành sấy khơ đập nhỏ GIẢI THÍCH: Làm loại nước/ dịch có vỏ trứng sau sử dụng Đồng thời, kỹ thuật xử lý băm nhỏ vỏ trứng cịn có ý nghĩa thúc đẩy trình ủ phân nhanh hơn, thúc đẩy trình phân hủy Hình 2: Vỏ trứng sau đập nhỏ 2.4 Phối trộn - Phối trộn vỏ trứng với vỏ trấu bã cà phê phân trùn quế với chất thải sinh hoạt để ủ phân CƠ SỞ KHOA HỌC: Độ pH bã cà phê: 5.90 ( có tính axit ) Độ pH vỏ trứng: 8.85 ( có tính kiềm ) - HỖN HỢP BÃ CÀ PHÊ VÀ VỎ TRỨNG MANG LÀ YẾU TỐ QUAN TRỌNG GIÚP CÂN BẰNG ĐỘ pH - Trong cà phê có loại acid chlorogenic Đây loại acid đặc trưng cà phê Trong trình rang chúng bị phân hủy 30 – 70%, sau rang có hình thành số acid dễ bay Tất acid góp phần tạo vị chua cà phê Thành phần hóa học cà phê Vỏ trứng ( CaCO3) phản ứng với acid không bay bã cà phê : CaCO3+ 2H + -> Ca 2+ +CO2+H2O - Sự kết hợp bã cà phê với vỏ trứng có ý nghĩa tăng lượng Ca nguyên tố vi lượng sắt, mangan, phốt-pho, kẽm, flo, đồng, chrome strontium - Vỏ trấu cung cấp nhiều C cho đất nên coi phân đen, Cacbon đóng vai trị cân lượng nito phân bón Vỏ trấu có loại chất khác phosphorous (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), nguyên tố 10 vi lượng quan trọng cần thiết cho phát triển trồng Ngồi ra, cịn có tác dụng diệt trùng ức chế phát triển sinh vật gây bệnh cho trồng - Các giun quế phân trùn quế đóng vai trị quan trọng việc làm đất tơi xốp Giảm thời gian ủ phân, đẩy mạnh trình phân hủy Bổ sung vi lượng tố cho phân Hình 3: Phân trùn quế 2.5 Tiến hành ủ phân Bước 1: Lựa chọn thùng phù hợp với lượng rác, đục lỗ để thoát nước Hình 4: Thùng nhựa để ủ phân Bước 2: Trộn hỗn hợp nguyên liệu ủ xô/ bạt Tiến hành trộn phân trùn quế, men vi sinh trichoderma vào hỗn hợp 11 Tỉ lệ phối trộn bã cà phê vỏ trứng : 5:1 Do thấy lượng Ca bã cà phê không đáng kể lượng Ca vỏ trứng 33% -> 35% nhiên tiêu hàm lượng dinh dưỡng phân compost lượng Ca tối ưu mức 2%-7% Khi phối trộn bã cà phê vỏ trứng theo tỉ lệ 5:1, lượng Ca dao động khoảng 5% Hàm lượng Các chất có Vỏ Trứng Hình 5: Phối trộn thành phần Bước 3: Tiến hành ủ phân, ủ nóng cách bọc lynon nắp, tạo ẩm 50-55% Xịt dung dịch chế phẩm sagi bio vào đống ủ 12 Hình 6: Bã cà phê sau phối trộn đem ủ Hình 7: Các loại vật liệu dùng để ủ phân 13 Sử dụng dung dịch nước vơi Ca(OH)2 để hấp thụ khí thải sinh trình composting, giải triệt để vấn đề môi trường Dung dịch nước vôi 2.6 Phân tích vật liệu đầu vào Nguồn nguyên liệu để sản xuất compost bã cà phê thải từ cà phê pha phin Cà phê sử dụng cà phê gói Cà phê bóc ra, ép vào phin lọc lấy nước Cịn xác cà phê vứt bỏ thu gom lại để ủ phân bón Phân tích tiêu đầu vào độ ẩm, pH, hàm lượng C, N, chất hữu Bảng Các tiêu đầu vào nguyên liệu Chỉ tiêu Đơn vị Bã cà phê Khối lượng riêng Kg/m3 762,21 pH Độ ẩm % 60,12 Hàm lượng Cacbon (C) % 54,21 Hàm lượng Nito (N) % 3,04 STT 5,90 14 Tỷ lệ C/N 17,35 2.7 Phân tích vật liệu đầu ra: Tên tiêu Phương pháp thử Đơn vị Kết Mùn TCCS/PTHH 15:2014 % 48.14 Nito tổng số TCCS/PTHH 15:2014 % 1.98 P2O5 tổng số TCVN 6499:1999 % 0.19 K2O tổng số TCVN 8660:2011 % 1.88 pH TCVN 5979:2000 - 7.76 Kết phân tích đo VIỆN KHOA HỌC SỰ SỐNG (xã Quyết Thắng – TP Thái Nguyên) Lượng kim loại nặng nhiễm phân bón: CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ As Cd Hg Pb Phân bón sau xử lý rác thải ppm 0.686 0.115 0.010 2.608 Giới hạn tối đa hàm lượng tổng số số kim loại nặng tầng đất mặt.(QCVN 03-MT:2015/BTNMT) Nguyên nhân dẫn đến xuất kim loại nặng sản phẩm compost: CHỈ ĐƠN VỊ As Cd Hg Pb ppm 0.414 0.126 0.007 0.864 TIÊU BÃ CÀ PHÊ 15 Chủ yếu nguyên vật liệu đầu vào, đặc biệt bã cà phê, nhận thấy, bã cà phê đầu vào có lượng kim loại nặng tương đương sản phẩm compost Đánh giá: Lượng chất dinh dưỡng đạt mức tối ưu ( bảng ) Lượng kim loại nặng có xuất hiệ mức khơng cho phép nhiều lần Bảng 3: Dinh dưỡng tiêu chuẩn phân bón compost Ứng dụng sản phẩm compost trồng ngắn ngày 2.7.1 Mơ hình nghiên cứu Mơ hình sử dụng chậu nhựa làm giá thể để trồng đặt điều kiện mát mẻ, độ ẩm môi trường 50 %, cường độ chiếu sáng vừa phải nhiệt độ 25-30 0C Hình 8: Mơ hình trồng rau ngắn ngày 16 2.7.2 Vật liệu nghiên cứu - Mơi trường trồng: Sản phẩm phân bón sản xuất sử dụng làm môi trường để gieo trồng hạt rau muống hạt cải - Rau muống hạt cải xử lý kích thích nảy mầm: lựa chọn hạt trịn bóng ngâm nước 24h Hạt rau muống hạt cải chọn không nứt vỏ, phải cịn ngun vỏ chưa có dấu hiệu tách vỏ sau đem gieo - Thí nghiệm so sánh rau cải bẹ loại phân compost sản xuất với phân đầu trâu đất điều kiện nhiệt độ, ánh sáng, thời điểm trồng lúc cho thấy phân compost cho hạt mầm tỉ lệ nảy mầm cao khơng có dấu hiệu thiếu dinh dưỡng hay mầm bệnh - Rau trồng từ phân đầu trâu dễ chết cho thấy nhược điểm khó sử dụng kén giống rau loại phân hữu so với phân compost Phân compost sau sản xuất phối trộn với đất vỏ trấu theo tỉ lệ Đất : Vỏ trấu : Phân compost 5:3:2 nhằm tối ưu hiệu trồng trọt phân bón 17 III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ý thức phân loại rác bảo vệ môi trường 18 Hình Thùng rác gia đình Với ý tưởng nghiên cứu nhóm chúng em, giúp cho bạn học sinh có ý thức phân loại rác bảo vệ mơi trường Chúng em có ý thức phân loại rác, loại rau củ dư thừa chúng em giữ lại để tiến hành ủ phân bón để tái sử dụng lại trồng loại rau gia đình 3.2 Kết nghiên cứu sản xuất phân bón từ bã cà phê 3.2.1 Biến thiên pH Giá trị pH khoảng 5,5 – 8,5 tối ưu cho vi sinh vật trình ủ phân Kết theo dõi trình ủ phân 21 ngày thấy pH dao động từ 5,9 – 7,2 Chứng tỏ pH nằm giới hạn cho phép để vi sinh vật phát triển 3.2.2 Biến thiên độ ẩm Trong trình ủ, độ ẩm kiểm tra trì nằm khoảng tối ưu để vi sinh vật (VSV), enzym phát triển phân hủy hợp chất hữu mạnh Độ ẩm tối ưu cho VSV phát triển mạnh dao động khoảng 50 – 60 % Kết ủ phân cho kết độ ẩm tối ưu trình ủ 3.2.3 Biến thiên hàm lượng nguyên tố C, N, P, K 19 Hình 10: Phân bón thu sau tuần 3.2 Ứng dụng phân bón chế tạo từ bã cà phê vào mơ hình trồng rau gia đình 3.3 Các nội dung nghiên cứu : - Phân tích hàm lượng dinh dưỡng phân bón, nghiên cứu xử lý số liệu - Thí nghiệm việc ủ phân chất thải khác - Tiến hành trồng loại rau, theo dõi phát triển rau Xây dựng mơ hình trồng rau với hai loại phân : Phân NPK phân hữu vừa ủ trồng rau với đất Theo dõi phát triển rau với ba loại phân/ đất Đưa kết luận phân bón IV KẾT LUẬN 20 - Nâng cao ý thức phân loại rác thải hộ gia đình ý thức bảo vệ mơi trường, tái chế lại nguồn rác thải thành phân bón hữu để trồng rau - Sau tuần ủ phân với vật liệu bã cà phê, vỏ trứng, vỏ trấu, loại rau, dư thừa nhìn chung thời gian ủ phân nhiệt độ môi trường xung quanh cao nhiệt độ môi trường xung quanh với chế độ cấp khí cách đảo trộn - Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí bã cà phê diễn tốt Nhiệt độ dao động khoảng 30oC – 50oC, pH dao động từ 5.5 – 7.2, dao động độ ẩm từ 44.74% – 62.44% - Việc xử lý rác thải hữu để trồng rau có ý nghĩa quan trọng việc giải vấn đề mơi trường vệ sinh an tồn thực phẩm - Mơ hình sản xuất phân bón hữu đơn giản, chi phí rẻ, dễ áp dụng gia đình để trồng rau sạch, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Quang Hòa (2012), Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học để sản xuất phân compost từ vỏ hạt tiêu, Đại học Kỹ thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Văn Phước (2012), Quản lý xử lý chất thải rắn, NXB Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh TS Trịnh Xuân Ngọ (2009), Cà phê kỹ thuật chế biến, Trường Đại học Cơng Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Giới thiệu chung thị trường cà phê, vinacafe.com.vn/files/down-public/1535 Nghành hàng cà phê Việt Nam mùa vụ 2013/14 qua dự báo – phần 1, http://www.vietrade.gov.vn/ca-phe/3948-nghanh-hang-ca-phe-vit-nam-mua-v-201314-quacac-d-bao-phn-1.html Nghành hàng cà phê Việt Nam mùa vụ 2013/14 qua dự báo – phần 2, http://www.vietrade.gov.vn/ca-phe/3951-nghanh-hang-ca-phe-vit-nam-mua-v-201314-quacac-d-bao-phn-2.html 21 22 ... http://www.vietrade.gov.vn/ca-phe/3948-nghanh-hang-ca-phe-vit-nam-mua-v-201314-quacac-d -bao- phn-1.html Nghành hàng cà phê Việt Nam mùa vụ 2013/14 qua dự báo – phần 2, http://www.vietrade.gov.vn/ca-phe/3951-nghanh-hang-ca-phe-vit-nam-mua-v-201314-quacac-d -bao- phn-2.html 21... gần đây, phương pháp phân hủy sinh học hiếu khí chất thải rắn (compost) cho thấy phạm vi ứng dụng cao Sản xuất compost vừa xử lý triệt để chất thải, góp phần bảo vệ mơi trường vừa tạo sản phẩm có... phân hữu từ chất thải rắn chịu ảnh hưởng mặt giá thị trường Sản phẩm đầu an tồn, có tính ứng dụng cao, hướng đến phát triển nơng nghiệp bền vững Tình hình, lịch sử nghiên cứu: Có nhiều đề tài nghiên