Nghiên cứu sự chuyển hóa của Nitơ trong quy trình sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải của Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt

Bài viết này chỉ ra rằng bùn thải của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt đã đáp ứng rất tốt yêu cầu trên và lượng đạm trong bùn là rất cao. Đồng thời nhà máy cũng chưa tiến hành xử lý với loại bùn này. Có thể thấy việc tận dụng sản xuất loại bùn trên làm phân hữu cơ là hướng nghiên cứu rất có triển vọng, nó vừa giải quyến được vấn đề về môi trường lại vừa có thể sinh lợi cho nhà máy. Mời các bạn cùng tham khảo!

Hội thảo Môi trường Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo, 18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th – 20th June 2010 NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN HÓA CỦA NITƠ TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT (*) Lê Tấn Thanh Lâm, (**)Nguyễn Thế An, (**)Đinh Thái Bình (*) Khoa Mơi trường Tài ngun, Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh (**) Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh ABSTRACT The experiment was carried out at Nong Lam University that used digested sludge as a main material and straw and bagasse as supplemented materials Some of the factors as the total Nitơ and effective Nitơ were mesured The results showed that used microoganism in biological material BioVAC that make pile gloomy was disintegrated strong and effective Nitơ increases in high level Total Nitơ was loss profusely during glooly process Formed produce was no smelly odour, duck color, and stable ĐẶT VẤN ĐỀ Ở thành phố lớn vấn nạn rác thải vấn nạn bùn thải làm đau đầu nhà chức trách nhà quản lý môi trường Đa số loại bùn thải xuất phát từ khu công nghiệp nên có hàm lượng kim loại nặng, độc hại cao khó xử lý để làm phân hữu Nhưng bùn thải từ hệ thống nước thải sinh hoạt đô thị quản lý tốt sử dụng để làm nguồn nguyên liệu sản xuất phân hữu Qua nghiên cứu thực địa thấy bùn thải nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt đáp ứng tốt yêu cầu lượng đạm bùn cao Đồng thời nhà máy chưa tiến hành xử lý với loại bùn Có thể thấy việc tận dụng sản xuất loại bùn làm phân hữu hướng nghiên cứu có triển vọng, vừa giải quyến vấn đề mơi trường lại vừa sinh lợi cho nhà máy VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Vật liệu Bùn thải thu nhận từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt Với số phân tích sau: độ ẩm: 11,43%; Ntổng: 3,2%; P2O5tổng: 0,3%; chất hữu cơ: 36,84%; pH: 6,26; C/N: 6,68 Nguyên liệu bổ sung: rơm rạ (Ntổng: 0,36%; %C: 36,3%; C/N: 100,84/1) bã mía (Ntổng: 0,35%; %C: 34,75%; C/N: 99,28/1) Chế phẩm sinh học BioVAC Phương pháp thí nghiệm Nghiên cứu chuyển hóa Nito tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt 110 Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình– Đại học Nơng Lâm Tp HCM   Hội thảo Môi trường Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo, 18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th – 20th June 2010 Bùn thải ủ theo phương pháp yếm khí với phế phẩm nơng nhiệp có hàm lượng Carbon cao rơm rạ bã mía để điều chỉnh tỉ lệ C/N đạt trạng thái tối ưu khoảng 2030/1 Thí nghiệm tiến hành bao nilon buộc chặt Bùn thải ủ với rơm rạ bã mía theo tỉ lệ 1:1, khối lượng bao 4kg Trong trình ủ có bổ sung thêm chế phẩm sinh học BioVAC để tăng tốc độ phân hủy, rút ngắn thời gian ủ Bố trí thí nghiệm Các nghiệm thức bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên CRD (completely random design) lặp lại hai lần Yếu tố ngoại cảnh tác động lên nghiệm thức hoàn toàn giống Nghiệm thức 1: bùn thải + bã mía (BBS-1.1; BBS-1.2) Nghiệm thức 2: bùn thải + rơm rạ (BBS-2.1; BBS-2.2) Các tiêu theo dõi Hàm lượng Nitơ tổng, Nitơ hữu hiệu Phương pháp theo dõi Các nghiệm thức lấy mẫu đo tiêu Nitơ hữu hiệu theo định kì ngày lần, cịn tiêu Nitơ tổng phân tích đầu vào đầu Phương pháp phân tích Phương pháp xác định Nitơ tổng số 10TCN 304-97 Phương pháp xác định Nitơ hữu hiệu 10TCN 361-99 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - Bảng Kết phân tích Nitơ tổng Nghiệm thức BBS-1.1 BBS-1.2 BBS-2.1 BBS-2.2 Nitơ đầu vào 2,463 2,263 2,193 2,539 Nitơ đầu 1,385 1,224 1,251 1,357 Nitơ có bùn thải chủ yếu dạng protein, giảm xuống Nitơ khối ủ trình amon hóa xảy chất thải hữu phân giải protein để tạo nên NH3 muối amon Q trình amon hóa protein có hai giai đoạn: - Giai đoạn phân giải protein - Giai đoạn khử amin Các giai đoạn xảy tế bào vi sinh vật Nghiên cứu chuyển hóa Nito q tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt 111 Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình– Đại học Nơng Lâm Tp HCM   Hội thảo Môi trường Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo, 18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th – 20th June 2010 Đây đại phân tử, chúng vào tế bào qua màng thành tế bào nên vi sinh vật tiết emzym ngoại bào protease để thủy phân protein thành acid amin đơn giản oligopeptide vận chuyển vào tế bào nhờ chế vận chuyển từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp (chênh lệch nồng độ vật chất màng sinh học) theo chế chủ động Trong số trường hợp oligopeptide vận chuyển vào tế bào vào tế bào, chúng bị phân giải thành acid amin Ở tế bào vi sinh vật, oligopeptide phân giải tiếp thành acid amin Các acid amin chuyển hóa để tổng hợp protein tạo thành NH3 với sản phẩm thứ cấp khác Như q trình phân giải ngồi tế bào tạo sản phẩm cuối acid amin, oligopeptide, sản phẩm tế bào chuyển hóa tiếp Các sản phẩm trao đổi bậc hai NH3 mà vi sinh không cần lại khỏi tế bào vào mơi trường NH3 sản phẩm thứ cấp khác Protein ngoại bào Chuyển hóa tế bào Peptide  Tổng hợp protein   Protein    Acid amin    Oligopeptide  Acid amin  Protein ⎯ ⎯→ amino acid có cơng thức chung R(NH2) – CH – COOH Điều kiện hiếu khí: R(NH2) – CH – COOH Điều kiện yếm khí: R(NH2) – CH – COOH Mùn (H+) + NH3 O2 ⎯+⎯→ ⎯ NH3 + CO2 + H2O H2O ⎯+⎯ ⎯→ NH3 + CO2 + H2 ⎯ ⎯→ NH4+ Sau thời gian ủ lượng Nitơ tổng giảm nhiều, vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh, liên tục sinh khí NH3, CO2 nước Lượng khí thất phần ngồi lấy mẫu phân tích NH3 giải phóng kết hợp với acid amin mùn tạo thành dạng Nitơ dễ tiêu, lượng Nitơ cần thiết cho trồng sử dụng đem bón Nghiên cứu chuyển hóa Nito q tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt 112 Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình– Đại học Nông Lâm Tp HCM   Hội thảo Môi trường Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo, 18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th – 20th June 2010 Nghiệm thức BBS-1.1 BBS-1.2 BBS-2.1 BBS-2.2 Bảng Kết phân tích Nitơ hữu hiệu Thời gian (ngày) ab bc 10cd 15de 20ef 0,228 0,334 0,407 0,498 0,546 0,235 0,315 0,347 0,484 0,497 0,175 0,27 0,314 0,37 0,418 0,187 0,251 0,297 0,352 0,396 25ef 0,577 0,529 0,473 0,436 30f 0,578 0,565 0,589 0,435 Biểu đồ hàm lượng %N hữu hiệu %N 0.7 0.6 0.5 BBS-1.1 0.4 BBS-1.2 0.3 y(BBS-1.1) = -0.0004x2 + 0.0236x + 0.2242 0.2 BBS-2.1 y(BBS-1.2) = -0.0002x2 + 0.017x + 0.2289 BBS-2.2 y(BBS-2.1) = 8E-05x2 + 0.0102x + 0.1936 0.1 y(BBS-2.2) = -0.0002x + 0.0135x + 0.184 Ngày 10 15 20 25 30 35 Hình Biểu đồ hàm lượng %N hữu hiệu Qua phân tích xử lý số liệu phần mềm stagraphic, bảng kết ANOVA cho thấy khác biệt nghiệm thức khơng có ý nghĩa mức độ tin cậy 95% 98%, chứng tỏ mức độ tương đồng nghiệm thức cao Multiple range analysis for N.nghiemthuc by N.thoigian -Method: 98 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -0 2062500 X 2925000 XX 10 3412500 XX 15 4260000 XX 20 4642500 XX 25 5037500 XX 30 5417500 X Nghiên cứu chuyển hóa Nito tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh 113 hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình– Đại học Nơng Lâm Tp HCM   Hội thảo Môi trường Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo, 18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th – 20th June 2010 Xét ảnh hưởng thời gian lên nghiệm thức khác biệt khoảng thời gian ngày khơng có ý nghĩa với khoảng thời gian rộng khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê Quá trình phân hủy diễn liên tục 20 ngày, sau khơng cịn khác biệt nên chuyển hóa diễn khơng đáng kể Ta chọn thời điểm dừng q trình ủ vào ngày thứ 20 ngày thứ 30 có khác biệt với ngày thứ 15 nên ta chọn kết thúc trình ủ vào thời điểm này, tiếp tục ủ dẫn đến trường hợp bị Nitơ Theo số liệu phân tích hàm lượng Nitơ hữu hiệu nghiệm thức tăng, đặc biệt nghiệm thức BBS-1.1 BBS-1.2 có lượng Nitơ hữu hiệu cao so với nghiệm thức BBS-2.1, BBS-2.2, sau 20 ngày lượng Nitơ tăng chậm nghiệm thức BBS-2.1, BBS-2.2 tăng suốt trình ủ hàm lượng Nitơ hữu hiệu thấp Điều hàm lượng đường bã mía cao rơm rạ nhiều, đường saccharose dễ dàng bị thủy phân nước tạo thành glucose thuận lợi cho vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tạo thành lượng nên hoạt động chuyển hóa diễn mạnh so với rơm rạ, lượng Nitơ hữu hiệu tạo mức cao vào ổn định sớm Để rõ thêm chuyển hóa Nitơ ta xét tiếp đường hiệu trình Bảng Kết phân tích đường hiệu Nitơ Thời gian (ngày) Nghiệm thức 10 15 20 25 2,235 1,961 1,719 1,460 1,199 0,989 BBS-1.1 2,028 1,786 1,591 1,292 1,074 0,869 BBS-1.2 2,018 1,776 1,585 1,382 1,147 0,935 BBS-2.1 2,352 2,104 1,873 1,634 1,355 1,118 BBS-2.2 %N %N Biểu đồ biểu thị đường hiệu nghiệm thức BBS -1.1 30 0,807 0,658 0,663 0,923 Biểu đồ biểu thị đường hiệu nghiệm thức BBS -1.2 2.5 2.5 2 1.5 1.5 1 0.5 0.5 0 10 N tổng 15 20 N hữu hiệu 25 30 35 Đường hiệu Hình Đồ thị đường hiệu nghiệm thức BBS-1.1 Ngày 0 10 N tổng 15 20 N hữu hiệu 25 30 35 Ngày Đường hiệu Hình Đồ thị đường hiệu nghiệm thức BBS-1.2 Nghiên cứu chuyển hóa Nito q tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh 114 hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình– Đại học Nông Lâm Tp HCM   Hội thảo Môi trường Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo, 18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th – 20th June 2010 %N %N 3.000 Biểu đồ biểu thị đường hiệu nghiệm thức BBS -2.1 2.5 Biểu đồ biểu thị đường hiệu nghiệm thức BBS -2.2 2.500 2.000 1.5 1.500 1.000 0.5 0.500 0 10 N tổng 15 20 N hữu hiệu 25 30 35 Ngày 0.000 10 N tổng Đường hiệu Hình Đồ thị đường hiệu nghiệm thức BBS-2.1 15 20 N hữu hiệu 25 30 35 Ngày Đường hiệu Hình Đồ thị đường hiệu nghiệm thức BBS-2.2 Trong hình 2,3,4,5, ban đầu hàm lượng Nitơ tổng lớn sau trình lên men giảm dần, lượng Nitơ hữu hiệu tăng lên chuyển hóa từ Nitơ tổng, đường hiệu (đường nằm giữa) lúc đầu mức cao trình phân hủy chất hữu chưa xảy giảm dần khoảng cách đường Nitơ tổng đường Nitơ hữu hiệu rút ngắn lại Khi đường hiệu tiệm cận với trục hồnh, có nghĩa đường Nitơ tổng Nitơ hữu hiệu tiệm cận với trình phân hủy xảy mạnh, lượng Nitơ hữu hiệu sinh nhiều, trình ủ hiệu Khi khối ủ ổn định đường biễu diễn đường thẳng Theo kết đường hiệu nghiệm thức BBS-1.2 gần với trục hoành (0,658) chứng tỏ khả phân hủy nghiệm thức hiệu nhất, tiếp BBS2.1 (0,663) với khả phân giả gần giống Bảng Kết phân tích sản phẩm phân ủ Ntổng Nhữu hiệu Độ ẩm Chất hữu Thành phần (%) (%) (%) (%) Nghiệm thức BBS-1.1 BBS-1.2 BBS-2.1 BBS-2.2 10TCN 526 -2002 1,385 1,224 1,251 1,357 > 2,5 0,807 0,658 0,663 0,923 57,23 56,12 55,12 57,67 ≤ 35 28,43 31,34 29,88 28,72 ≥ 22 Tỉ lệ C/N 11,89 14,84 13,84 12,27 10-15 Theo kết thấy hàm lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho trồng sản phẩm phân sau ủ tương đối cao, tỉ lệ C/N nằm khoảng từ 10-15 hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn phân bón Bên cạnh sản phẩm có chứa lượng chất hữu lớn nhiều so với tiêu chuẩn 22 Tuy nhiên so với tiêu chuẩn phân bón hữu hành hàm lượng Nitơ tổng thấp so với loại phân hữu khác tỉ lệ cao nhiều Để ứng dụng Nghiên cứu chuyển hóa Nito q tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh 115 hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình– Đại học Nơng Lâm Tp HCM   Hội thảo Môi trường Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo, 18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th – 20th June 2010 sản sản xuất bón cho trồng cần phải phối trộn thêm loại phân vô cần thiết Vì điều kiện ủ yếm khí khơng hoàn toàn, khối ủ nhỏ nên nhiệt độ khối ủ thấp, lượng nước có sản phẩm thí nghiệm lớn Vì sau ủ cần phải đưa sản phẩm qua giai đoạn sấy để đạt đến tiêu chuẩn độ ẩm sản phẩm phân bón KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bùn thải nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Đà Lạt nguồn nguyên liệu khả thi, với hàm lượng Nitơ tổng 3,2% sử dụng tốt cho việc sản xuất phân hữu Ngồi việc giải vấn đề mơi trường nguồn lợi kinh tế thị trường tiêu thụ phân bón Đà Lạt thuận lợi nơi phát triển mạnh ngành trồng trọt Sản phẩm sau ủ đạt tiêu Nitơ cao nhiều so với loại phân hữu khác làm từ nguồn nguyên liệu phế phẩm nông nghiệp chất thải từ gia súc Thời gian ủ vòng khoảng 30 ngày, tránh ủ lâu làm hàm lượng Nitơ Một số tiêu cần nghiên cứu thêm muốn phát triển đề tài theo xu hướng sản xuất phân hữu chất lượng cao là: nghiên cứu thay đổi hàm lượng chất đa lượng P, K trình sản xuất phân hữu cơ, tạo thành acid humic trình diễn biến vi sinh vật đống ủ TÀI LIỆU THAM KHẢO Huỳnh Thanh Hùng Khoa học đất phân bón, 2007 Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh Phương pháp phân tích Đất – Nước – Phân bón – Cây trồng NXB Giáo Dục Lê Văn Khoa, Trịnh Khắc Hiệp, Trịnh Thị Thanh Hóa học nông nghiệp NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 1996 Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương Công nghệ sinh học môi trường, tập NXB Trường ĐH Quốc Gia T.p Hồ Chí Minh, 2003 Chu Thị Thơm, Phan Thị Lài, Nguyễn Văn Tó Kỹ thuật sản xuất, chế biến sử dụng phân bón, NXB Lao Động Hà Nội, 2006 Trương Vĩnh Thống kê ứng dụng phương pháp thí nghiệm, 2007 Tuyển tập tiêu nơng nghiệp Việt Nam, tập 3, Bộ NN & PTNT, Hà Nội Nancy Trautmann and Tom Richar Cornell composting Science and Engineering Cornell Waste Management Institute © 1996 Roger Tim Haug Compost Engineering principles and practice Techomic publishing Co NC Nghiên cứu chuyển hóa Nito tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh 116 hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình– Đại học Nơng Lâm Tp HCM   ... tế bào vi sinh vật Nghiên cứu chuyển hóa Nito q tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt 111 Lê... Nghiên cứu chuyển hóa Nito q tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh 113 hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An,... Nghiên cứu chuyển hóa Nito q tình sản xuất phân hữu từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải sinh 116 hoạt đô thị Thành phố Đà Lạt Lê Tấn Thanh Lâm, Nguyễn Thế An,