Nghiên cứu khả năng xử lý rác thải rắn sinh hoạt để tăng chất lượng sản phẩm phân hữu cơ vi sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG TRÚC LAN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ RÁC THẢI RẮN SINH HOẠT ĐỂ TĂNG CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM PHÂN HỮU CƠ VI SINH Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Mã ngành: 60 42 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp HCM, tháng 08 năm 2018 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG Tp-HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ - ĐHQG Tp-HCM Cán hướng dẫn khoa học 1: TS Hoàng Anh Hoàng Cán hướng dẫn khoa học 2: TS Trần Ngọc Minh Quyên Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC II GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đặng Trúc Lan MSHV: 1570767 Ngày, tháng, năm sinh: 01/09/1993 Nơi sinh: Bình Thuận Chun ngành: Cơng Nghệ Sinh Học Mã số: 60 42 02 01 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu khả xử lý rác thải rắn sinh hoạt để tăng chất lượng sản phẩm phân hữu vi sinh II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Phân lập tạo chế phẩm vi sinh có khả phân hủy tốt rác thải sinh hoạt - Thử nghiệm hiệu chế phẩm vi sinh ủ phân compost quy mơ phịng thí nghiệm - Kiểm tra chất lượng phân compost thành phẩm III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/06/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Hoàng Anh Hoàng TS Trần Ngọc Minh Quyên Tp HCM, ngày tháng năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Hoàng Anh Hoàng TS Trần Ngọc Minh Quyên PGS.TS Nguyễn Thúy Hương TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC I GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng LỜI CẢM ƠN TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n Tơi xin trân trọng cảm ơn: - TS Hồng Anh Hoàng, TS Trần Ngọc Minh Quyên hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi suốt thời gian nghiên cứu luận văn Thạc sĩ - Các thầy cô Khoa Kỹ Thuật Hóa học, Bộ mơn Cơng Nghệ Sinh Học, sau đại học trường Đại học Bách Khoa Tp-HCM - Các bạn sinh viên trường đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp-HCM tạo điều kiện tốt để thực luận văn tốt nghiệp - Các bạn sinh viên tình nguyện viên trường đại học Quốc Tế - ĐHQG TpHCM hỗ trợ tốt để thực luận văn tốt nghiệp - Công ty cổ phần công nghệ môi trường Tây Ninh tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực luận văn - Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến mẹ động viên, hỗ trợ mặt để tơi hồn thành tốt nghiên cứu VI GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hiện với mức độ tăng dân số ngày cao kéo theo vấn đề rác thải sinh hoạt ngày nhiều hơn, đặc biệt đô thị lớn Ủ phân compost cách xử lý rác thải sinh hoạt phổ biến Tuy nhiên, Việt Nam, thành phần rác thải không phân loại gây khó khăn cho q trình ủ phân compost Cụ thể Công ty cổ phần công nghệ môi trường Tây Ninh gặp số khó khăn q trình xử lý rác thải sinh hoạt như: thứ nhất, thời gian ủ phân dài (6075 ngày) khiến lượng rác tồn đọng nhiều; thứ hai, hàm lượng vi sinh vật có ích tiêu chuẩn chưa đạt theo nghị định 108/2017/NĐ/CP quản lý phân bón Mục tiêu nghiên cứu nghiên cứu phân lập, tuyển chọn vi sinh vật có khả phân hủy rác thải hữu sinh hoạt tốt bao gồm: Bacillus velezensis có hoạt tính enzyme amylase cao, Trichoderma harzianum (Hypocrea lixii) có hoạt tính enzyme cellulase cao, Bacillus lichenifomis có hoạt tính enzyme protease cao, Candida ethanolica sử dụng acid hữu làm nguồn carbon Từ chủng phân lập trên, thử nghiệm hiệu chế phẩm quy trình ủ rác thải sinh hoạt quy mơ phịng thí nghiệm có bổ sung khơng bổ sung chế phẩm vi sinh Các số theo dõi là: nồng độ CO2 thoát ra, pH, nhiệt độ, mật độ vi sinh (ưa ấm ưa nhiệt) Kết thấy rác thải sinh hoạt thí nghiệm có bổ sung vi sinh phân hủy tốt thí nghiệm khơng bổ sung vi sinh nồng độ CO2 nhiều Trong thí nghiệm kiểm tra chất lượng phân thành phẩm kiểm tra độ nảy mầm hạt, mẫu có bổ sung vi sinh cho kết độ nảy mầm tốt cao Kết nghiên cứu tảng để cải thiện quy trình ủ phân compost nhà máy III GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng ABSTRACT TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n At present, with the increasing number of people, the problem of garbage is increasing day by day, especially in large cities Composting is one of the common ways of treating household waste However, in Viet Nam, the composition of waste is not classified, making it difficult to compost At Tay Ninh Environmental Technology Joint Stock Company, there are some difficulties in processing domestic waste such as: first, the composting time is too long (60-75 days) resulting in the accumulation of coming waste and the decrease in treatment efficiency; Secondly, the level of useful microorganism in the final compost product has not reached the Decree 108/2017 / ND / CP on fertilizer management The objective of this study was to isolate selected organisms capable of decomposing organically-active waste including Bacillus velezensis with high amylase enzyme activity, Trichoderma harzianum (Hypocrea lixii ) with high cellulase enzyme activity, Bacillus lichenifomis with high protease activity, and Candida ethanolica using organic acids as a source of carbon To elucidate the effectiveness of the above microorgnaisms towards composting acceleration, two composting Runs were performed; one with the inoculation, and another without inoculation as the control Run The composting was conducted in a laboratory scale composter The monitoring indicators are: CO2 emission, pH, temperature, microbial concentration The results showed that the biodegradable wastes in the inoculated Run were better than those without microbial inoculation The maturity test of compost using the germination index showed that the inoculated compost provided had higher germination index compared to the control compost The results of this study will be the basis for improving the composting process at the plant IV GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng LỜI CAM ĐOAN TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận văn có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận văn tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Học viên Đặng Trúc Lan V GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AIDS: Acquired Immunodeficiency Syndrome CTR: Chất thải rắn GI: Germination index TCMN: Tổng cục môi trường HCVS: Hữu vi sinh vsv: Vi sinh vật VII GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần CTR khu vực Hà Nội Bảng 1.2 Ước tính lượng CTR thị phát sinh đến năm 2025 Bảng 1.3 Tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn phân hữu vi sinh 14 Bảng 1.4 Giới hạn kim loại nặng theo TCVN .14 Bảng 2.1 Tên, số lượng ký hiệu mẫu thí nghiệm 20 Bảng 2.2 Thành phần môi trường nuôi cấy 22 Bảng 3.1: Khảo sát giá trị pH môi trường BS + axit acetic cấy chủng vi sinh vật phân lập 27 Bảng 3.2 Kết đường chuẩn hoạt độ amylase 28 Bảng 3.3 Hoạt độ amylase mẫu phương pháp DNS .29 Bảng 3.4 Kết đường chuẩn hoạt độ cellulase 30 Bảng 3.5 Hoạt độ celluase mẫu 31 Bảng 3.6 Kết đường chuẩn hoạt độ Protease 31 Bảng 3.7 Hoạt độ Protease mẫu .32 Bảng 3.8 Chỉ số GI (Germination Index: số nảy mầm hạt) mẫu đối chứng mẫu thí nghiệm 41 VIII GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Rác sơng Hình 1.2 Túi nylon khó phân hủy đất 10 Hình 1.3: Chu trình ủ phân hữu vi sinh .15 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình tổng quát .19 Hình 2.2: Quy trình phân lập chủng vi sinh vật có khả dùng acid hữu làm nguồn carbon 21 Hình 2.3 Sơ đồ chạy mẫu .23 Hình 2.4 Thùng phản ứng .24 Hình 2.5 Hạt củ cải Zealand 25 Hình 2.6 Mơ hình thí nghiệm độ nảy mầm hạt 26 Hình 3.1: Đồ thị pH thay đổi theo thời gian 27 Hình 3.2 Kết phản ứng DNS mẫu đường chuẩn .28 Hình 3.3 Đồ thị đường chuẩn amylase 29 Hình 3.4 Kết phản ứng màu mẫu đường chuẩn 30 Hình 3.5 Đồ thị đường chuẩn cellulase 30 Hình 3.6 Kết phản ứng màu mẫu đường chuẩn 31 Hình 3.7 Đồ thị đường chuẩn Protease 32 Hình 3.8 Hình thái đại thể mẫu MT 2.3 cấy ria lần Candida ethanolica 33 Hình 3.9 Kết định danh MT 2.3 (Candida ethanolica) 34 Hình 3.10 Hình thái đại thể mẫu MT (Bacillus lichenifomis) 34 Hình 3.11 Kết định danh MT (Bacillus lichenifomis) 35 Hình 3.12 Hình thái đại thể mẫu M3 (Bacillus velezensis) 35 Hình 3.13 Kết định danh mẫu M3 (Bacillus velezensis) 36 Hình 3.14 Hình thái đại thể mẫu M12 Trichoderma harzianum (Hypocrea lixii) 36 Hình 3.15 Kết định danh mẫu M12 Trichoderma harzianum (Hypocrea lixii )37 Hình 3.16 Biến đổi nhiệt độ theo thời gian mẫu đối chứng mẫu thí nghiệm trình ủ 37 Hình 3.17 Biến đổi nồng độ CO2 thoát từ hệ thống mẫu đối chứng mẫu thí nghiệm q trình ủ 38 Hình 3.18 pH thay đổi theo thời gian mẫu đối chứng mẫu thí nghiệm 39 IX GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n Kết dựng đường chuẩn protease OD660 DOD660 [Tyrosine] 0,038 0,000 0,000 0,291 0,253 0,100 0,485 0,447 0,200 0,759 0,721 0,300 0,925 0,887 0,400 1,158 1,120 0,500 1,378 1,340 0,600 1,572 1,534 0,700 1,734 1,696 0,800 1,880 1,842 0,900 Hình ảnh độ nảy mầm hạt mẫu ngày 47 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng Hình ảnh độ nảy mầm hạt mẫu ngày TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n Hình ảnh độ nảy mầm hạt mẫu ngày 10 Kết đo mẫu củ cải đối chứng ngày 10 Lần Thân Rễ mầm 1,2 0,7 1,4 0,6 1,6 0,6 0,4 0,7 0,5 1,6 0,5 0,9 0,5 Lần Thân Rễ mầm 3,3 1,5 2,5 1,1 1,6 0,8 0,7 0,5 0,5 0,8 0,4 0,2 Lần Thân Rễ mầm 0,8 0,2 0,5 0,5 0,8 0,8 0,7 0,9 0,4 0,1 Đối chứng Thân Rễ mầm 5,3 5,5 3,7 5,3 6,5 2,5 4,7 2,8 4,5 3,6 4,4 5,6 0,8 0,2 48 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n Kết đo mẫu củ cải thí nghiệm ngày 10 Lần Lần Rễ Thân 4,5 Lần Rễ Thân 4,8 5,7 3,3 3,9 3,8 4,7 3,1 2,5 5,7 3,6 5,5 1,3 1,3 mầm Đối chứng Rễ Thân 4,7 2,3 3,7 3,8 3,1 1,9 1,6 2,3 3,5 2,3 0,3 2,1 0,4 0,5 mầm Rễ Thân 3,8 4,2 4,5 3,1 2,9 7,6 4,1 2,8 4,3 2,6 2,5 2,6 2,9 2,6 3,7 4,6 2,1 4,1 1,4 0,4 4,4 3,2 4,6 4,5 1,1 3,2 5,2 1,3 2,7 1,3 3,9 0,2 2,5 2,4 mầm mầm Kết đo pH mật độ vi sinh mẫu đối chứng Day 10 pH 6,23 6,58 6,84 8,12 8,3 8,01 8,19 8,36 8,21 8,32 8,33 Cell density at 30oC Cell density at 55oC (log CFU /g) (log CFU /g) 8,623 9,419 7,106 9,009 8,607 8,960 8,282 8,767 8,714 8,255 8,227 8,543 8,165 49 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n Kết đo pH mật độ vi sinh mẫu thí nghiệm Cell density at 30oC (log CFU /g) Cell density at 55oC (log CFU /g) 5,42 6,34 7,22 8,12 8,53 7,89 7,63 7,60 7,954 7,829 8,972 8,466 8,106 8,373 7,829 8,021 8,875 8,394 7,82 7,68 9,051 8,449 Day pH 10 50 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng 11 Kết định danh Bacillus lichenifomis TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 51 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 52 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 53 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng 12 Kết định danh danh Candida ethanolica TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 54 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 55 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng 13 Kết đinh danhdanh Bacillus velezensis TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 56 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 57 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 58 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 14 Kết định danhdanh Trichoderma harzianum (Hypocrea lixii) 59 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n 60 GVHD: TS Hoà ng Anh Hoà ng TS Tra� n Ngọ c Minh Quyê n a ... Cơng Nghệ Sinh Học Mã số: 60 42 02 01 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu khả xử lý rác thải rắn sinh hoạt để tăng chất lượng sản phẩm phân hữu vi sinh II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Phân lập tạo chế phẩm vi. .. lượng rác tồn đọng nhiều - Hàm lượng vi sinh vật có ích tiêu chuẩn chưa đạt theo nghị định 108/2017/NĐ/CP quản lý phân bón - Đề tài ? ?Nghiên cứu khả xử lý rác thải rắn sinh hoạt để tăng chất lượng. .. 108/2017/NĐ/CP quản lý phân bón Mục tiêu nghiên cứu nghiên cứu phân lập, tuyển chọn vi sinh vật có khả phân hủy rác thải hữu sinh hoạt tốt bao gồm: Bacillus velezensis có hoạt tính enzyme amylase