Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm openamix-lsc và trichoderma lên xử lý rác thải sinh hoạt

Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm openamix-lsc và trichoderma lên xử lý rác thải sinh hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***OOO***

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***OOO***

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM OPENAMIX – LSC VÀ TRICHODERMA LÊN XỬ LÝ

RÁC THẢI SINH HOẠT

Luận văn kỹ sư

Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS DƯƠNG NGUYÊN KHANG PHAN TRỌNG HUY

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 08/2006

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY

EVALUATE THE INFLUENCY OF OPENAMIX – LSC AND TRICHODERMA ON LITTER

GRADUATIONTHESIS Major: Biotechnology

LỜI CẢM TẠ

Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm tạ:

 Ban hiệu trưởng trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả các quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tại trường

 Tiến sỹ Dương Nguyên Khang đã hết lòng hướng dẫn, tận tình chỉ dạy, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp

 Ban giám đốc dự án phát triển cộng đồng – VietNamplus – Công ty Thiện Chí đã cung cấp kinh phí cũng như tạo điều kiện để tôi thực hiện đề tài này

 Ông Freedom Tran Minh, Ban giám đốc công ty TNHH Hoá Hữu Cơ và Thương Mại Việt Mỹ A.V.F đã cung cấp chế phẩm cho tôi thực hiện đề tài này

 Sau cùng tôi xin cảm ơn cha mẹ, các bạn bè thân yêu của lớp Công Nghệ Sinh Học khoá 28 đã chia sẽ cùng tôi những vui buồn cũng như hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập

Sinh viên thực hiện

Phan Trọng Huy

TÓM TẮT

Đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma lên khả năng xử lý rác thải sinh hoạt ” được tiến hành từ ngày 06/02/2006 đến 10/08/2006 tại Tổ chức phát triển cộng đồng Vietnam Plus, huyện Đức Linh, tỉnh Bình Thuận Mẫu được phân tích tại Trung tâm Công Nghệ Môi Trường và Điểm nghiên cứu thuộc SAREC/Sida, Trại Thực Nghiệm trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh

Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối hoàn toàn ngẩu nhiên một yếu tố với 5 nghiệm thức là các mức nồng độ khác nhau của chế phẩm bổ sung 2 lít Openamix – LSC và 4; 5 kg Trichoderma/ 1tấn rác thải sinh hoạt cùng cơ chất có hàm lượng vật chất khô là 20,03%

Kết quả thí nghiệm cho thấy bổ sung chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma làm hàm lượng amoniac giảm nhẹ theo nồng độ chế phẩm bổ sung là 90 mg/100g so với 101mg/100g rác của lô không bổ sung chế phẩm Cùng với amoniac, hàm lượng đạm giảm nhẹ theo nồng độ chế phẩm bổ sung là 6,87% so với 8,58% ở lô không bổ sung chế phẩm Mặc dù vậy khi so sánh với kết quả một số khảo sát khác thì nồng độ đạm khi bổ sung chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma để xử lý rác thải sinh hoạt là cao hơn nhiều

Bổ sung chế phẩm đã làm trị số pH của khối ủ tăng cao (8,34 so với 7,25 của lô không bổ sung chế phẩm) cũng như đảm bảo cho quá trình lên men vi sinh vật, làm mất nhanh mùi hôi của cơ chất ban đầu, nâng cao hàm lượng chất khoáng trong khối ủ

Phương pháp ủ hiếu khí tùy nghi làm rác ủ mau hoai khi đánh giá Độ mùn tăng lên nhanh chóng theo nồng độ chế phẩm bổ sung và theo thời gian (12,47% so với 7,96% và 11,32% ở ngày thứ 56 so với 7,65% ở ngày đầu tiên) giúp cho thời gian của quá trình ủ rút ngắn đi rất nhiều so với các phương pháp khác

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Rác thải sinh hoạt 3

2.1.1 Thành phần của rác thải sinh hoạt 3

2.1.2 Tính chất của rác thải sinh hoạt 4

2.1.2.1 Thành phần các nguyên tố hoá học của từng loại chất thải 4

2.1.2.2 Công thức hoá học tiêu biểu của một số thành phần chất thải hữu cơ 5

2.1.2.3 Tỉ lệ C/N của một số chất thải 5

2.1.2.4 Độ ẩm trung bình của chất thải 6

2.1.2.5 Giá trị nhiệt năng của một số chất thải 7

2.1.3 Một số phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt 8

2.1.3.1 Phương pháp đổ rác thành đống ngoài trời 8

2.1.3.2 Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh 9

2.1.3.3 Phương pháp ủ chất thải (Waste Composting) 11

2.4 Sơ lược về các chế phẩm sinh học khảo sát trong thí nghiệm 22

2.4.1 Openamix – LSC 22

2.4.2 Trichoderma 27

2.4.2.1 Đặc điểm sinh học của Trichoderma 27

2.4.2.2 Khả năng kiểm soát sinh học của Trichoderma 29

2.5 Hiện trạng rác thải sinh hoạt ở địa bàn huyện Đức Linh 32

PHẦN III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 34

3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài 34

3.1.1 Thời gian 34

3.1.2 Địa điểm 34

3.2 Vật liệu 34

3.2.1 Vật liệu bố trí thí nghiệm 34

3.2.2 Vật liệu và thiết bị sử dụng trong phân tích thí nghiệm 35

3.3 Phương pháp nghiên cứu 35

4.1.2.1 Màu sắc của lô ủ theo thời gian 41

4.1.2.2 Ẩm độ của lô ủ theo thời gian 43

4.2 Chỉ tiêu lý – hoá 44

4.2.1 Biến đổi pH và nhiệt độ của lô ủ 44

4.2.2 Biến đổi vật chất khô và độ mùn của lô ủ 45

4.2.3 Biến đổi NH3 và Nitơ tổng số của lô ủ 46

4.2.4 Biến đổi Mg và Ca trong lô ủ 48

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ĐC: Đối chứng (Nghiệm thức 1) NT2: Nghiệm thức 2

NT3: Nghiệm thức 3 NT4: Nghiệm thức 4 NT5: Nghiệm thức 5

BOD: Biochemical Oxygen Demand COD: Chemicai Oxygen Demand PVC: Poly Vinyl Clorua

VSV: Vi Sinh Vật Km: Kilomet

AOX: các hợp chất halogen thấm nước CNMT: Công Nghệ Môi Trường ĐHNL: Đại Học Nông Lâm

TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh

DANH SÁCH CÁC BẢNG

TRANG

Bảng 2.1 Thành phần rác thải sinh hoạt 3

Bảng 2.2 Thành phần các nguyên tố trong rác thải sinh hoạt 4

Bảng 2.3 Công thức hoá học tiêu biểu cho một số chất hữu cơ 5

Bảng 2.4 Tỷ lệ C/N của một số chất thải 6

Bảng 2.5 Ẩm độ một số chất thải 7

Bảng 2.6 Giá trị nhiệt năng của một số chất thải 7

Bảng 2.7 Điểm nhiệt chết của một số vsv gây bệnh 12

Bảng 2.8 Các loài VSV gây bệnh có trong chất thải hữu cơ 16

Bảng 2.9 Nguyên tố vi lƣợng của Openamix - LSC 24

Bảng 2.10 Nguyên tố vi lƣợng của Openamix - LSC 25

Bảng 2.11 Phân tích thành phần hóa học của hợp chất OPENAMIX 26

Bảng 2.12 Thành phần của rác thải sinh hoạt 33

Bảng 2.13 Bố trí thí nghiệm 35

Bảng 4.1 Thay đổi màu sắc của rác ủ theo thời gian 42

Bảng 4.2 Biến đồi ẩm độ của lô ủ theo thời gian 43

Bảng 4.3 Biến đổi pH và nhiệt độ của lô ủ theo nồng độ chế phẩm bổ sung 44

Bảng 4.4 Biến đổi pH và nhiệt độ của lô ủ theo thời gian 44

Bảng 4.5 Thay đổi vật chất khô và độ mùn theo nồng độ chế phẩm 45

Bảng 4.6 Thay đổi vật chất khô và độ mùn theo thời gian 46

Bảng 4.7 Biến đổi NH3 và Nitơ tổng số của lô ủ theo nồng độ chế phẩm 46

Bảng 4.8 Biến đổi NH3 và Nitơ tổng số của lô ủ theo thời gian 47

Bảng 4.9 Biến đổi Mg và Ca trong lô ủ theo nồng độ chế phẩm bổ sung 48

Bảng 4.10 Biến đổi Mg và Ca trong lô ủ theo thời gian 48

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Sự biến động VSV hiếu khí và yếm khí 10

Hình 2.2 Sự phát triển của VSV theo thời gian và nhiệt độ đống ủ 15

Hình 2.3 Sự phát triển củaVSV gây bệnh có trong đống ủ 17

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa sự tạo thành sinh khối VSV và hoạt tính enzym 17 Hình 2.5 Ảnh hưởng giữa hoạt tính enzym lên hàm lượng cơ chất 18

Hình 2.6 Quá trình tổng hợp và phản ứng enzym 19

Hình 2.7 Giả thuyết tạo mùn 20

Hình 2.8 Các quá trình sinh học khi ủ chất thải 21

Hình 2.9 Vị trí địa lý Huyện Đức Linh 32

Hình 4.1 Các màu sắc thay đổi của rác theo thời gian 41

Hình 5.1 Quy trình sản xuất và tái chế 51

PHẦN I MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đời sống con người ngày càng phát triển thì lượng rác thải mà con người thải ra môi trường cũng ngày càng tăng đến mức không thể kiểm soát nổi Lượng rác mà con người thải ra tăng lên về số lượng và đa dạng về chủng loại Với chiều hướng phát triển như thế, tác động của rác thải lên môi trường là rất phức tạp Môi trường ngày càng bị ô nhiễm, đất đai trở nên nghèo dinh dưỡng và tích tụ nhiều chất độc hại, nguồn nước mặt bị ô nhiễm nghiêm trọng, môi trường sống của sinh vật bị đe doạ [7]

Để hạn chế tác hại của rác thải và bảo vệ sự trong sạch của môi trường sống, ngành môi trường ngày càng phát triển, từ một ngành môi trường lạc hậu có cách xử lý sơ bộ thành ngành công nghệ môi trường có nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong phạm vi rộng lớn, đã và đang đem lại những kết quả thuyết phục

Trong số các loại rác thải ra môi trường thì rác thải sinh hoạt là đa dạng và phức tạp nhất Mặc dù đã có nhiều phương pháp xử lý khác nhau được áp dụng, thế nhưng kết quả sau xử lý vẫn chưa được như mong muốn Để đáp ứng phần nào trong việc xử lý rác thải sinh hoạt, ngành công nghệ sinh học đã cho ra thị trường những sản phẩm xử lý mang tính sinh học (probiotic) gần gũi với môi trường và cho kết quả khả quan hơn Chế phẩm sinh học này là những chế phẩm có khả năng phân huỷ và xử lý ô nhiễm môi trường từ rác thải sinh hoạt, tạo nguồn phân bón hữu cơ bền vững với nông nghiệp như: Bio-F, Bio-AF, Openamix, Trichoderma…

Từ những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma lên xử lý rác thải sinh hoạt” nhằm xem ảnh hưởng của hỗn hợp chế phẩm Openamix – LSC và

Trichoderma lên khả năng xử lý rác thải sinh hoạt để tạo ra phân bón hữu cơ sinh học có giá trị dinh dưỡng cao

1.2 Mục đích và yêu cầu 1.2.1 Mục đích

 Đánh giá tác động của các tỉ lệ bổ sung chế phẩm sinh học Openamix -

LSC và trichoderma lên rác ủ về khả năng xử lý rác thải sinh hoạt tạo phân bón

hữu cơ cho cây trồng sau khi pha trộn và ủ rác với cơ chất

 So sánh tác động của từng nồng độ hỗn hợp khác nhau lên khả năng xử lý rác nhằm đề xuất nghiệm thức tối ưu trong thử nghiệm này

1.2.2 Yêu cầu

 Thử nghiệm ảnh hưởng của hỗn hợp chế phẩm lên rác thải sinh hoạt của thị trấn Đức Tài, Huyện Đức Linh, Tỉnh Bình Thuận để tạo phân bón cho cây trồng qua việc khảo sát các chỉ tiêu liên quan

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Rác thải sinh hoạt

2.1.1 Thành phần của rác thải sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt là hỗn hợp các chất không sử dụng được trong sinh hoạt và sản xuất mà con người thải ra môi trường Loại chất thải sinh hoạt và nguồn gốc phát sinh được trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Loại và nguồn gốc phát sinh chất thải sinh hoạt

Chất thải động vật và thực vật có chứa nước và dễ bị thối rữa

Từ quá trình chế biến và cung cấp thực phẩm, từ các chợ, trong quá trình sử dụng và buôn bán thực phẩm

Tro và những chất còn lại sau khi đốt các nhiên liệu sử dụng trong sinh hoạt

Sinh hoạt hằng ngày

Chất dễ cháy: giấy cacton, gỗ, hộp, vỏ bào, nhựa, giẻ rách, quần áo, da, cao su, cỏ, lá cây…

Từ các hộ gia đình, các cơ quan, các công ty thương mại - dịch vụ như: khách sạn, nhà hàng, cửa hàng, chợ…

Chất không cháy: vỏ hộp và lá kim loại, bùn nhão, gạch đá, đồ gốm sứ, chai lọ, đồ thuỷ tinh…

Từ các hộ gia đình, các cơ quan, các công ty thương mại - dịch vụ như: khách sạn, nhà hàng, cửa hàng, chợ…

Nguồn: Phạm Hùng Việt và Lê Phương Lan, 1996

Rác thải sinh hoạt là hỗn hợp cả chất thải hữu cơ dễ và khó phân huỷ, khó phân huỷ, các chất vô cơ, chất độc hại và VSV có khả năng gây bệnh

Trong các loại rác thải sinh hoạt thì các chất thải từ nguồn thực vật chiếm số lượng lớn Theo phân tích sơ bộ thành phần của rác thải sinh hoạt gồm:

- Rác thải ở những khu dân cư, khu thương mại - Rác thải công sở, trường học, công trình công cộng

- Rác thải khu công nghiệp, khu xây dựng, khu vui chơi giải trí

Rác thải sinh hoạt ở các vùng khác nhau có thành phần vật chất tồn tại trong đó rất khác nhau Sự khác biệt này phụ thuộc vào những yếu tố sau:

- Trình độ quản lý xã hội của tổ chức chính quyền - Trình độ kỹ thuật trong sản xuất công nông nghiệp - Mùa trong năm

2.1.2 Tính chất của rác thải sinh hoạt

Chất thải sinh hoạt là loại chất thải tương đối phức tạp, đây là một hỗn hợp được tạo thành bởi nhiều nguồn khác nhau Chính vì thế, không thể có một chất nào có tính chất vật lý và hoá học đại diện cho tất cả Trong khi nghiên cứu các nhà khoa học đã không gộp chung tất cả mà phân loại ra để xác định tính chất vật lý và hoá học của từng thành phần trong chất thải sinh hoạt

2.1.2.1 Thành phần các nguyên tố hoá học của từng loại chất thải

Trong chất thải có rất nhiều nguyên tố hoá học Tuỳ bản chất của tường loại chất thải, số lượng nguyên tố khác nhau rất lớn Tìm hiểu được thành phần của rác thải sinh hoạt đã giúp cho các nhà khoa học đưa ra được nhiều phương pháp để tái chế và tái sử dụng như: tái chế nylon, tạo phân bón hữu cơ, tái chế PVC, …vv

Bảng 2.2 Thành phần các nguyên tố trong rác thải sinh hoạt

2.1.2.2 Công thức hoá học tiêu biểu của một số thành phần chất thải hữu cơ

Trong chất thải sinh hoạt, thành phần hữu cơ chiếm một lượng lớn Người ta phân loại và xác định công thức tiêu biểu của từng loại chất hữu cơ nhằm mục đích xác định nhu cầu oxy cần thiết cho quá trình ủ hiếu khí chất thải

Bảng 2.3 Công thức hoá học tiêu biểu cho một số chất hữu cơ

STT Các chất thải Công thức hoá học tiêu biểu

4 Bùn cặn Bùn cặn đơn Bùn hỗn hợp

C22H39O10N C10H19O3N 5 Mẫu vụn chất thải nói chung C64H104O37N

- Thời điểm bắt đầu ủ nguyên liệu ủ thiếu nguồn nitơ, cần phải cung cấp nguồn nitơ để cho VSV hoạt động

- Thời điểm cuối quá trình ủ cho thấy tốc độ phân giải các hợp chất chứa nitơ nhanh, trong lúc tốc độ phân giải các hợp chất chứa carbohydrate quá chậm

Tỷ lệ C/N của một số chất thải sinh hoạt được thể hiện qua bảng 2.4

Bảng 2.6 Giá trị nhiệt năng của chất thải

Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương, 2003

2.1.4 Một số phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt

Có nhiều phương pháp để xử lý chất thải hữu cơ tuỳ theo giai đoạn và điều kiện cụ thể Các phương pháp được tóm tắt theo hình minh hoạ sau:

Nguồn: Lê Huy Bá và Cao Xuân Bách, 2000

2.1.4.1 Phương pháp đổ rác thành đống ngoài trời

Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất, đơn giản nhất, ít tốn kém nhất và cũng gây ra nhiều vấn đề cho môi trường nhất Theo phương pháp này, chất thải được thu gom, vận chuyển đến một địa điểm đã xác định là nơi xử lý Địa điểm đổ chất thải thường là nơi đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau: xa nơi dân cư, xa nguồn nước, dễ vận chuyển

Ở nhiều nước, người ta đổ rác thành từng đống có kích thước khác nhau Lớp rác này đổ chồng lên lớp rác khác tạo nên sự hỗn độn không theo một quy định nào Chính vì thế, phương pháp này có những nhược điểm sau:

- Bề mặt bãi rác không được phủ kín, làm thất thoát khí từ bãi rác Các chất khí này bao gồm CH4, CO2, H2S, NH3, scatol, indol và nhiều khí gây mùi khó chịu khác Hiện tượng ô nhiễm không khí trầm trọng đến mức những khu vực xung quanh

Chất thải hữu cơ từ nguồn động vật và thực vật

Phương pháp đổ thành đống rác tự nhiên

Phương pháp xử lý công nghiệp

Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh

Phương pháp thiêu, đốt Phương

pháp ủ Phương pháp sản xuất biogas

người dân không thể chịu được và có thể lan xa hàng Km (Tuổi Trẻ ngày 14/06/2006)

- Do không có lớp phủ bề mặt, nên nước mưa thấm qua nhiều lớp rác, rửa trôi các thành phần dễ phân huỷ vào nước rò rỉ, tạo ra lượng nước rò rỉ lớn, có mức độ ô nhiễm cao Khi đổ rác thành đống, người ta không tác động để thúc đẩy hoạt động VSV có trong đống rác, vì vậy quy trình sinh hoá xảy ra trong đống rác phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên Do đó thời gian phân huỷ rác rất lâu, khoảng 8 tháng đến 2 năm Hơn nữa, mức độ phân huỷ kiểu ủ tự nhiên này thường không cao và hoàn toàn không đồng đều ở mọi vị trí của bãi rác

- Phần lớn các nơi đổ rác này tiếp nhận lượng rác chưa phân loại Do đó trong đống rác chứa rất nhiều chất khó phân huỷ, thậm chí chứa cả những chất độc hại Những thành phần độc hại có sẳn trong đống rác, cộng với những chất độc hại phát sinh trong quá trình ủ tạo ra mối nguy hiểm rất lớn cho môi trường đất, đặc biệt khi người ta sử dụng chất thải này làm phân bón Khi đó, các chất độc hại sẽ đi vào thực phẩm, người và động vật ăn các loại thực phẩm được bón những loại phân này sẽ bị ngộ độc Để đảm bảo bãi rác không gây ô nhiễm môi trường xung quanh, công việc quản lý bãi rác trở nên rất tốn kém vì hằng ngày lượng khí thải, nước rò rỉ từ bãi rác vẫn thoát vào môi trường Điều đó nói lên việc quy hoạch và chọn phương pháp xử lý ban đầu rất quan trọng, sai trong chọn lựa phương pháp sẽ rất tốn kém cho việc sửa sai đó

2.1.4.2 Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh

Bản chất của phương pháp này là lưu giữ các loại chất thải trong một hố, phía trên có phủ một lớp đất Phương pháp này được nhiều nước trên thế giới áp dụng vì dễ thực hiện và chi phí không cao Sau vài năm, người ta tiến hành khai thác hoặc không những hố chôn rác này Chôn lấp hợp vệ sinh là phương pháp chôn lấp rác vào cùng một hố đào có tính toán về dung lượng, có gia cố cẩn thận để kiểm soát khí thải và kiểm soát lượng nước rò rỉ

Cả hai phương pháp trên đều dựa trên nền tảng là tạo môi trường yếm khí để VSV tham gia phân huỷ các thành phần hữu cơ có trong rác Nhưng khác nhau là phương pháp ủ tự nhiên không kiểm soát còn phương pháp chôn lấp có kiểm soát

hiện tượng ô nhiễm đất, nước và không khí Thời gian đầu của quá trình chôn lấp, các VSV hiếu khí và cả VSV yếm khí tuỳ tiện hoạt động Trong thời gian này, khối rác chôn lấp vẫn tồn tại một lượng oxy có trong không khí ở hố rác giúp các loài VSV trong khối rác hoạt động mạnh Thời gian lên men này là thời gian hiếu khí Thời gian hiếu khí thường kéo dài không lâu, tiếp đó dần dần chuyển sang giai đoạn yếm khí Nhiệt độ ở thời gian lên men hiếu khí bắt đầu tăng dần và khi chuyển sang giai đoạn yếm khí, nhiệt độ dần dần chuyển sang ổn định ở mức độ cao

Hình 2.1 Sự biến động VSV hiếu khí và yếm khí [7]

Do lưu lượng không khí trong đống rác không đủ nên quá trình hô hấp hiếu khí là quá trình không hoàn toàn Các quá trình phân giải cellulose, hemicellulose, pectin, protein và tinh bột trong giai đoạn này không đạt đến mức tạo ra sản phẩm cuối cùng Thậm chí những thành phần khó phân huỷ như cellulose, hemiceluulose, pectin và lignin chưa được phân giải

Quá trình phân giải hiếu khí làm tăng sinh khối của VSV hiếu khí Trong giai đoạn đầu, sinh khối VSV tăng nhanh, sau đó giảm nhanh Hiện tượng giảm nhanh là do thiếu oxy rất đột ngột trong khối rác, sinh khối giảm và lập tức lượng sinh khối nay bị tự phân Thành phần protein của sinh khối VSV sẽ kết hợp với thành phần phân huỷ không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khác sẽ tạo thành mùn trong khối ủ

Khi nhiệt độ tăng và lượng không khí chứa oxy giảm, làm cho trứng giun sán, rệp, côn trùng cánh cứng, giun và động vật nguyên sinh cũng bị tiêu diệt

Sản phẩm tạo ra do hoạt động của vi sinh vật là các axít hữu cơ, các chất mùn, các chất khí CO2, NH3, CH4, H2S….và cả sinh khối VSV Về nguyên tắc, các

Tổng số VSV

VSV yếm khí

VSV hiếu khí

Thời gian(ngày)

chất dễ phân giải sẽ được VSV phân giải trước, các chất khó phân giải sẽ lần lượt được phân giải từ từ cho đến khi mức độ phân giải thấp nhất và khối rác chôn lấp đạt được mức độ ổn định

Như vậy, bản chất của phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh là duy trì và phát triển các quá trình sinh học xảy ra trong hố chôn lấp và thực hiện các biện pháp kiểm soát ô nhiễm do hố chôn lấp chất thải gây ra

2.1.4.3 Phương pháp ủ chất thải (Waste Composting) a Giới thiệu chung

Theo Haug (1980) ủ chất thải là quá trìmh phân giải sinh học chất hữu cơ dẫn tới sự ổn định khối ủ trong tồn trữ và sử dụng như một dạng phân hữu cơ [7] Theo Berira – Neta (1987) ủ chất thải là sự kiểm soát quá trình hiếu khí hoạt động của các VSV ưa ấm và ưa nóng [7] Kết quả của các hoạt động VSV tạo ra CO2, nước, các chất khoáng và chất hữu cơ ổn định [7]

Về tổng thể, quá trình ủ là quá trình phân giải một loạt các chất hữu cơ có trong rác thải sinh hoạt, bùn cặn, phân gia súc, gia cầm, các chất thải hữu cơ nông nghiệp Quá trình này được thực hiện cả trong điều kiện hiếu khí và yếm khí

- Ủ hiếu khí: là quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ nhờ VSV khi có mặt của oxy Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải này là CO2, NH3, nước, nhiệt, các chất hữu cơ đã ổn định và sinh khối VSV

- Ủ yếm khí: là quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ bởi vsv khi không có mặt của oxy Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là CH4, CO2, NH3, một vài loại khí khác với số lượng rất nhỏ, các axít hữu cơ, nhiệt, các chất hữu cơ đã ổn định và sinh khối VSV

NH3 được tạo ra cả trong điều kiện hiếu khí và yếm khí nhanh chóng được các vi khuẩn nitrat hoá có trong khối ủ chuyển thành NO3- Ủ hiếu khí thường xảy ra rất nhanh, ủ yếm khí cần một khoảng thời gian dài hơn Cả quá trình ủ hiếu khí và ủ yếm khí đều có những ưu điểm sau:

+ Làm ổn định chất thải

Khi chất thải được ủ, nhờ hoạt động sống của VSV, các chất thải sẽ được chuyển hoá sang trạng thái ổn định và khi đó việc bón chất thải đã qua xử lý vào đất sẽ không gây ra hiện tượng ô nhiễm Quá trình ủ là quá trình đã được kiểm soát, vì vậy rất có lợi cho môi trường

+ Ức chế hoặc tiêu diệt mầm bệnh

Chất thải hữu cơ thường được xem như một môi trường tự nhiên rất tốt cho các mầm bệnh (VSV gây bệnh, giun, sán, các loại ký sinh trùng khác) Các VSV gây bệnh thường có nhiệt độ phát triển từ 30 – 40 0C, Khi chất thải được đưa vào ủ qua thời gian 3 – 4 ngày, nhiệt độ đã có thể tăng lên 50 – 60 0C Ở nhiệt độ này, phần lớn các sinh vật gây bệnh trong chất thải sẽ bị tiêu diệt, số còn lại sẽ bị tiêu diệt dần do nhiệt độ cao kéo dài trong nhiều ngày Khả năng chịu nhiệt của một số

VSV gây bệnh được trình bày trong bảng 2.7 Bảng 2.7 Điểm nhiệt chết của một số vsv gây bệnh

VSV và ký sinh trùng Điểm nhiệt chết và thời gian tiếp xúc

Salmonella typhosa Shigella (nhóm A và B) E.coli

Endamoeba histolytica Vibrio cholerae

Trichinella spiralis Necartor americansis Ascaris lubridcodes Taenia saginate

Streptococcus pyogenes Mycobacterium tuberculosis Corynebacterium diptheriae Brucella abortus

30’ ở 600C 1 giờ ở 550C

1 giờ ở 550C hoặc 15 – 20’ ở 600

C 680C

Rất nhạy cảm nhiệt, chết ở 400C 1 giờ ở 500

C 20 ngày ở 450C

20 ngày ở 450C, 2giờ ở 500C, 3.5’ ở 600

C 5’ ở 710C

10’ ở 540C 15 – 20’ ở 660C 45’ ở 550C 3’ ở 610C

Nguồn: Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2004

Như vậy, quá trình ủ chất thải có thể được xem như một quá trình ủ tiệt trùng rất hữu hiệu, chất thải sau khi ủ sẽ không mang theo mầm bệnh vào môi trường

+ Làm tăng chất lượng dinh dưỡng cho cây trồng

Chất dinh dưỡng đa lượng N, P, K ở trong chất thải hữu cơ thường tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ Cây trồng không có khả năng sử dụng chất hữu cơ để sinh trưởng và phát triển, chúng chỉ có thể sử dụng chất dinh dưỡng ở dạng muối hoà tan Hợp chất hữu cơ sau khi ủ sẽ chuyển hoá hoá học cơ bản, các hợp chất hữu cơ sẽ bị phân giải, giải phóng N, P, K và chúng sẽ được các loài VSV khác chuyển hoá sang dạng các chất vô cơ hoà tan, khi đó thực vật mới có khả năng sử dụng để tiến hành các quá trình đồng hoá, một phần các chất dinh dưỡng trên vẫn còn nằm trong các hợp chất hữu cơ khó tan trong nước Chính đặc điểm này mà các chất dinh dưỡng rất khó bị rữa trôi theo nước, chúng được lắng xuống và được phân giải dần dần tạo nên hiệu suất sử dụng các chất dinh dưỡng cao Mặt khác, cũng chính do đặc điểm này, khi ta sử dụng phân hữu cơ, khả năng phát triển của phân hữu cơ không bằng phân vô cơ, nhưng tác động của các loại phân ủ thường kéo dài trong nhiều năm

+ Làm giảm độ ẩm cho khối ủ

Các chất thải như phân gia súc, gia cầm, bùn cặn, phân hầm cầu thường chứa 80-90% là nước, các chất thải chứa nhiều nước sẽ làm tăng chi phí vận chuyển, thu gom và rất dễ phân huỷ sinh học, tạo nên mùi rất khó chịu Khi các chất thải này qua quá trình ủ nước sẽ được tách ra khỏi chất rắn nhờ nhiệt độ của khối ủ Đây được xem như quá trình “sấy” tự nhiên, rất tiết kiệm và hiệu quả

Quá trình ủ chất thải có những hạn chế sau:

+ Sản phẩm của quá trình ủ chất thải hữu cơ là phân ủ Chất lượng phân ủ phụ thuộc rất nhiều ở chất lượng chất thải đem vào ủ Ở nước ta, việc phân loại chất thải tại nguồn chưa được thực hiện triệt để nên các loại phân ủ là hỗn hợp chứa rất nhiều các chất độc hoặc các chất không phù hợp với sự phát triển của cây trồng + Trong quá trình ủ, xảy ra rất nhiều phản ứng sinh hoá Quá trình phân giải của VSV sẽ làm giảm khối lượng hữu cơ có trong chất thải, đây là hiện tượng luôn xảy

ra ở bất kỳ quá trình lên men nào, trong đó lượng nitơ và carbon thường mất nhiều nhất Nitơ là nguyên tố rất quan trọng cho cây trồng khi chúng được chuyển sang dạng vô cơ hoà tan Quá trình ủ là quá trình mất nitơ, lượng nitơ này mất đi không được cung cấp giống như đất ruộng trong điều kiện tự nhiên Do đó, quá trình ủ cũng được xem là quá trình lãng phí năng lượng

+ Trong quá trình ủ thường tạo ra một lượng khí có mùi hôi thối và một lượng nước ở đáy khối ủ, cả khí thải và nước đọng đều phải được xử lý Như vậy, để giải quyết quá trình ủ triệt để, phải chi phí thêm giai đoạn xử lý khí và xử lý nước đọng (vì chất thải có COD, BOD)

b Các quá trình sinh học cơ bản xảy ra khi ủ chất thải

Các chất thải hữu cơ thường có nguồn gốc động vật và thực vật, nên chúng đều có chung những tính chất cơ bản sau:

+ Tính chất dễ phân huỷ

Các tế bào động vật và thực vật đều được cấu tạo từ các hợp chất hữu cơ như

protein, gluxit, lipit, vitamin và một số thành phần khác Các hữu cơ này là những

thành phần rất dễ phân huỷ khi động vật hay thực vật bị chết Chất thải hữu cơ là một bộ phận của xác động vật, thực vật không còn sử dụng trong các mục đích sản xuất và đời sống Tính chất dễ phân hủy này là một tính chất rất quan trọng trong chu trình chuyển hoá giữa sự sống và vật chất không sống Tham gia chủ yếu vào quá trình phân giải này chủ yếu là hệ VSV có trong chất thải

+ Tính gây ô nhiễm môi trường

Vì là vật chất dễ phân giải nên các hợp chất hữu cơ này cũng là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng như:

Ô nhiễm do các chất khí tạo ra trong quá trình ủ

Ô nhiễm do các chất độc được giải phóng khỏi khối chất thải, tạo ra trong quá trình ủ, bị lẩn vào trong quá trình thu gom, vận chuyển và vận hành khối ủ

Ô nhiễm do VSV gây ra

Chính vì thế trong quản lý và xử lý các chất thải hữu cơ, cần phải hạn chế hoặc loại bỏ các quá trình tạo ra ba dạng ô nhiễm trên

+ Sự Phát triển của vi sinh vật

Các chất thải hữu cơ bao giờ cũng chứa rất nhiều loài VSV khác nhau, trong đó tồn tại cả VSV có lợi và VSV có hại

 VSV có lợi là toàn bộ VSV có khả năng phân giả vật chất hữu cơ có trong chất thải hữu cơ như protein, lipit, gluxit VSV này tạo ra những loại enzyme tương ứng để thuỷ phân chúng, tạo ra nhưng sản phẩm khác nhau Chúng bao gồm cả vi khuẩn, nấm sợi, xạ khuẩn và cả nấm men, trong đó chủ yếu là các loài vi khuẩn Ở giai đoạn đầu, VSV sẽ tăng rất nhanh về số lượng, nhiệt độ sẽ tăng dần đến nhiệt độ tối đa khoảng 60 – 650C Ở nhiệt độ này phần lớn VSV ưa ấm bị tiêu diệt, còn lại những VSV ưa nóng phát triển Các loại VSV này thay nhau phân giải chất thải và chuyển chúng dần đến trạng thái ổn định

Vùng 1: Sự phát triển của các VSV ưa ấm

Vùng 2: Sự phát triển của loài VSV ưa nóng

Vùng 3: sự phát triển trở lại của loài VSV ưa ấm

Hình 2.2 Sự phát triển của VSV theo thời gian và nhiệt độ đống ủ [7]

Tuỳ theo khí hậu vùng mà ta tiến hành ủ chất thải, thời gian đầu có thể kéo dài 3–7 ngày, thời gian kế tiếp bắt đầu từ ngày thứ 5 trở đi Sau đó nhiệt độ sẽ giảm dần và luôn thay đổi trong khoảng 40 – 550C

- VSV có hại bao gồm các loài VSV gây bệnh và các loài khác, chúng đi vào chất thải chủ yếu từ nguyên liệu, hoặc đường không khí với số lượng không nhiều Loại VSV gây bệnh có trong chất thải hữu cơ được trình bày ở bảng 2.8

Nhiệt độ (0

C)

20 40 60

Bảng 2.8 VSV gây bệnh có trong chất thải hữu cơ

bệnh 1

2

3

Vi khuẩn Vibro cholerae Salmonella typhi

Shigella dysenteriac E.coli

Virus Poliovirus Coxsakicvirus Echovirus Reovirus Adenovirus Hepatilis

Protozea

Giardia lamblia Entamocba hyotolytica Balantidiumcoli

Người sang người Người sang người Người sang người Người (hay động vật) sang người Người sang người

Người sang người Người sang người Người sang người Người (hay động vật) sang người Nguồn: Phạm Hùng Việt và Lê Phương Lan, 1996

Các VSV gây bệnh và một số sinh vật khác (như động vật nguyên sinh) thường phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ ôn hoà Do đó, khi nhiệt của khối ủ tăng cao (khoảng 60 – 650C) thì chúng sẽ bị tiêu diệt Quá trình sinh lý này được thể hiện theo hình sau

Hình 2.3 Phát triển VSV gây bệnh có trong đống ủ theo nhiệt độ [7]

+ Phân giải các hợp chất hữu cơ

Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong chất thải xảy ra mạnh khi tiến hành ủ ngay ngày thứ hai Quá trình phân giải hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa, thực hiện qua ba giai đoạn:

Giai đoạn 1: Giai đoạn tổng hợp enzyme

Giai đoạn sinh tổng hợp enzyme được bắt đầu ngay khi VSV tiến hành quá trình trao đổi chất và nó sẽ đạt cực đại ở thời điểm bắt đầu của giai đoạn phát triển

mạnh nhất của sinh khối (Hình 2.4)

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa sự tạo thành sinh khối VSV và hoạt tính enzyme [7]

Hình 2.4 cho thấy, không bao giờ hoạt tính enzyme đạt cực đại trùng với thời điểm sinh khối đạt cực đại Khi hoạt tính enzyme đạt cực đại cũng là thời điểm các phản ứng enzyme thường xẩy ra mạnh nhất và khi đó các chất thải được phân giải mạnh nhất (Hình 2.5)

Số lượng VSV/1g

60

t (0C)

Hoạt tính enzym (g)

Sinh khối (tb/g)

Thời gian (ngày)

Hình 2.5 Ảnh hưởng của hoạt tính enzym lên hàm lượng cơ chất [7]

Các chất tham gia vào phản ứng thuỷ phân là những chất cảm ứng Những chất này tác động lên tế bào VSV và nhờ tác động này mà enzyme được tạo thành Như vậy, điều kiện cần trước tiên cho quá trình sinh tổng hợp enzyme là phải có chất cảm ứng Trong các chất thải hữu cơ, các chất như protein, gluxit, lipit đều là những chất cảm ứng Những enzyme được tạo thành như protease, amylase, lipase……là những enzyme cảm ứng Trong khi ủ chất thải, các VSV sẽ tham gia tổng hợp rất nhiều loại enzyme khác nhau Do đó, có rất nhiều phản ứng khác nhau xẩy ra trong đó

Giai đoạn 2:

Khi các enzyme được tạo thành, các enzyme này sẽ thoát khỏi tế bào VSV để thải ra ngoài Ở ngoài tế bao, các enzyme sẽ tiến hành các phản ứng thuỷ phân, sản phẩm của quá trình thuỷ phân là các chất có kích thước nhỏ hơn kích thước của chất tham gia phản ứng Khi đó một phần của chất mới tạo thành từ phản ứng thuỷ phân sẽ xâm nhập vào trong tế bào để tham gia quá trình trao đổi chất trong tế bào, một phần khác còn nằm ngoài môi trường

Theo lý thuyết, sản phẩm cuối cùng của một chuổi phản ứng enzyme thường có tác động ức chế ngược đến tốc độ phản ứng enzyme tham gia đầu tiên của chuổi phản ứng Do đó, khi lượng các chất được tạo thành tồn tại quá nhiều, nó sẽ ức chế ngược, phản ứng enzyme của toàn bộ chuổi phản ứng sẽ bị ức chế Điều đó cho ta hiểu nguyên nhân tại sao quá trình phân giải các chất thải xảy ra chậm (hình 2.6)

Hoạt tính enzym (g)

Hàm lượng chất hữu cơ bị phân huỷ

Thời gian (ngày)

Phản ứng của enzyme trong đống chất thải còn chịu ảnh hưởng của ẩm độ,

nhiệt độ, các chất kìm hãm trong chất thải

Như vậy, sản phẩm bậc hai là sản phẩm của quá trình trao đổi chất, chúng có thể là các sản phẩm tổng hợp thừa hoặc có thể là những sản phẩm phân giải

Tổng hợp

Enzym trong tế bào

Tham gia trao đổi chất

Sản phẩm trao đổi chất Chất thải

Kích thích

Chất phân giải

Sản phẩm phân giải Ức chế

Các yếu tố môi trường Sinh khối

(sản phẩm bậc nhất) Sản phẩm bậc hai

+ Quá trình thuỷ phân tế bào vi sinh vật

Ý nghĩa quan trọng nhất của quá trình thuỷ phân tế bào đối với quá trình ủ chất thải là chúng giải phóng ra protein của tế bào Các nhà khoa học cho rằng,

chính protein của tế bào kết hợp với các sản phẩm thuỷ phân cellulose, lignin, pectin có trong chất thải sẽ tạo ra hợp chất keo Đây là tiền chất để chuyển hoá

thành mùn Mùn là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phân ủ và đánh giá tốc độ phân giải chất thải hữu cơ Quá trình tự phân và giả thuyết tạo mùn được trình bày ở hình 2.7

Hình 2.7 Giả thuyết tạo mùn

+ Quá trình tổng hợp vật chất ở tế bào vi sinh vật [7]

Các chất trong chất thải được thuỷ phân và tạo ra những chất có trọng lượng phân tử nhỏ Các chất có trọng lượng phân tử nhỏ hoặc sẽ bị vô cơ hoá hoặc được chuyển thành vật chất của tế bào Để tạo ra vật chất của tế bào, tế bào VSV thực hiện hai quá trình: tổng hợp và tự dưỡng

Khi vật chất hữu cơ có trong chất thải hữu cơ qua nhiều quá trình chuyển hoá để cuối cùng tạo vật chất hữu cơ có trong tế bào VSV, là một quá trình xảy ra rất nhanh và khi đó khối lượng vật chất được chuyển hoá rất lớn

Quá trình tổng hợp là quá trình thu năng lượng Năng lượng được nhận từ ATP trong ty thể, từ các phản ứng thuỷ phân và từ các vật chất dự trữ năng lượng khác Ngoài ra, đối với các VSV tự dưỡng (quang năng hoặc hoá năng) cũng đóng vai trò không nhỏ trong quá trình thu nhận các chất vô cơ trong chất thải và chứa chúng trong các hợp chất hữu cơ trong tế bào, trong đó các kim loại nặng được tích

luỹ có ý nghĩa rất lớn trong xử lý môi trường

Tự phân và

phân giải Sản phẩm Chất có tính kết keo Mùn Các chất thuỷ phân

từ hydratcacbon Tế bào

Quá trình phản nitrat hoá

Là quá trình chuyển nitơ ở các hợp chất vô cơ sang dạng nitơ phân tử và bay vào không khí Đây là quá trình có hại vì quá trình này xẩy ra sẽ làm giảm chất lƣợng phân ủ, thể hiện nhƣ hình 2.8

Hình 2.8 Các quá trình sinh học khi ủ chất thải [7]

Chất thải hữu cơ

Vật chất không tham gia vào quá trình trao

đổi chất ở VSV Vật chất gây

độc hại cho quá trình trao đổi

chất ở VSV

Vật chất tham gia vào quá trình trao đổi chất ở VSV

Trao đổi chất ở tế bào VSV

Tổng hợp vật chất tế bào

Phân giải và chuyển hoá vật chất hữu cơ

Tăng khối lƣợng và

số lƣợng tế bào VSV Sản phẩm phân giải và chuyển hoá

Phân giải tế bào

tính keo Sản phẩm phân

Quá trình

vô cơ hoá Phản nitrat hoá

N2