4.3.1 Biến thiên nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng và đặc trưng trong mẻ ủ hiếu khí. Theo Beffa (1996) sau 2 ngày ủ nhiệt độ của đống ủ có thể lên tới 60 - 800C (phụ thuộc vào thành phần và tính chất của các vật liệu ủ) và giai đoạn nhiệt độ cao có thể được duy trì và kéo dài, có khi tới khoảng 10 ngày. Qua theo dõi nhiệt độ tại 7 điểm của đống ủ như mô tả ở hình 4.20 đã cho thấy diễn biến nhiệt độ trung bình bên trong đống ủ xảy ra theo quy luật: tăng từ bên ngoài vào bên trong đống ủ. Nhiệt độ có xu hướng tăng lên rất nhanh ngay sau khi bắt đầu ủ và giữ ở nhiệt độ cao trong 3 tuần đầu, dao động từ 42 - 600C và giảm dần ở 3 tuần sau đó.
Nhiệt độ các đống ủ đạt giá trị cao nhất vào ngày thứ 4 (60 - 610C) nguyên nhân nhiệt độ tăng cao nhất trong ngày thứ 4 do việc bổ sung nấm Trichoderma, đây là dòng vi khuẩn ngoại lai được đưa vào đống ủ giúp tăng cường sự phân hủy của đống ủ và lượng phân gà lấy tại các trại gà tương đối đã bị hoai mục một phần, vi sinh vật phát triển nên đây cũng là một trong những yếu tố làm nhiệt độ tăng cao ở giai đoạn này do sự hoạt động của dòng vi khuẩn này. Sau đó giảm nhanh vào ngày thứ 6 đến ngày thứ 8 và tăng lại. Chu trình này lập đi lập lại cho đến ngày 45, nhiệt độ này ổn định và xấp xỉ bằng nhiệt độ môi trường khi đến ngày 60. Khi nhiệt độ tăng lên 60 - 610C thì một số vi khuẩn này đã bị tiêu diệt và hoạt động của các vi khuẩn hạn chế làm cho nhiệt độ đống ủ giảm xuống, trong giai đoạn này các vi khuẩn bản địa trong đống ủ đã bắt đầu phát triển và hoạt động nên có sự gia tăng nhiệt độ trở lại vào ngày 10 đến ngày 14 (54 - 610C).
Các đống ủ được xới đảo 1 tuần/lần và sau các ngày xới đảo nhiệt độ của đống ủ giảm nhẹ, phù hợp với nghiên cứu của Đoàn Thị Trúc Linh (2012), 42 – 580C, do đó sau xới đảo nhiệt độ có xu hướng giảm và sau đó tăng trở lại. So sánh với nhiệt độ cao nhất (58,70C) của thí nghiệm ủ trong thùng 0,25m3 trong nghiên cứu Đoàn Thị Trúc Linh (2012) cho thấy nhiệt độ cao nhất trong 3 đống ủ cao hơn 1 - 30C (dao động từ 60 - 610C) do nguyên liệu ủ nhiều hơn, lượng nhiệt sinh ra nhiều kết hợp với sự thoát nhiệt kém (Dương Minh Viễn, 2011). Theo dõi nhiệt độ giữa 3 đống ủ cho thấy nhiệt độ của đống ủ có thể tích 1m3 (61,10C) và 1,5m3 (61,40C) cao hơn đống ủ có thể tích 0,5m3 (60,30C), điều này chứng tỏ kích thước đống ủ có ảnh hưởng đến quá trình ủ compost.
0 10 20 30 40 50 60 70 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 Ngày N hi ệt đ ộ ( o C) TN 1 TN 2 TN 3 KK
Hình 4.21 Biểu đồ giá trị nhiệt độ
Từ ngày 35 đến ngày 60, nhiệt độ giảm cho thấy hoạt động của vi sinh vật giảm dần và đi vào ổn định chứng tỏ các đống ủ đã chuyển sang giai đoạn thuần thục. Trong ủ compost, quá trình ủ kết thúc khi nhiệt độ đống ủ không còn sự gia tăng nhiệt độ và gần với nhiệt độ môi trường, qua theo dõi nhiệt độ của các thí nghiệm ta thấy trong đống ủ 1 m3 và 1,5 m3, có dấu hiệu giảm từ ngày thứ 36 điều này chứng tỏ tốc độ phân hủy chất hữu cơ ở 2 đống ủ này nhanh hơn so với đống ủ 0,5m3 và hầu như từ ngày 45 đến ngày 60 nhiệt độ của đống ủ gần như bằng với nhiệt độ môi trường. Đều này chứng tỏ đống ủ đã hoai mục và chuyển thành phân compost.
4.3.2 Biến thiên pH
pH cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật. Kết quả đo pH ở 3 đống ủ được thể hiện thông qua hình 4.21 cho thấy pH dao động từ 7,1 - 7,76, với giá trị pH này phù hợp với điều kiện cho quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ ở giai đoạn đầu của đống ủ, kết quả này phù hợp với nghiên cứu (Chongrak Polprasert,1989, trích từ Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013) vi sinh vật hoạt động tốt ở môi trường trung tính, pH từ 6 - 8, pH ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật, chúng có thể gây ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Theo dõi pH sau mỗi lần xới đảo ở 3 đống ủ cho thấy, trong 3 tuần đầu tiên, pH có xu hướng giảm rồi tăng (dao động trong khoảng 7,3 - 7,76), tuy nhiên ở tuần thứ hai giảm nhẹ có thể do quá trình sinh axit, ở giai đoạn đầu của quá trình ủ việc tạo ra các axit béo làm cho pH giảm (Lê Hoàng Việt, 2013). Cũng theo Robert
et al. (1995) đó là quá trình sinh học tự nhiên trong ủ hiếu khí, giai đoạn đầu vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ phức tạp thành chất hữu cơ đơn giản như axit hữu cơ làm cho pH giảm, tiếp theo các loài vi sinh vật sử dụng axit phát triển, ở thời điểm này mật số hai loài này gần như cân bằng nhau nên lượng axit sinh ra không bị tích
lũy nhiều, do đó pH của các đống ủ giảm nhưng không nhiều. pH tăng từ tuần 2 có thể do các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ chứa N tạo thành NH4+, NH4+ càng nhiều thì pH càng tăng và tạo môi trường kiềm. Từ ngày 22 trở đi pH ở các đống ủ giảm có thể do quá trình nitrat hóa chuyển đổi N-NH4+ thành N-NO3- tạo môi trường axit (Rudat et al., 1999) và một phần là do giải phóng khí NH3. pH ở các thí nghiệm tại thời điểm kết thúc dao động trong khoảng 7,2 - 7,3 giá trị này nằm trong khoảng cho phép pH = 6 - 8 của 10TCN 526 - 2002.
6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 1 7 15 22 30 37 45 52 60 Ngày pH TN1 TN2 TN3 Hình 4.22 Biểu đồ thể hiện giá trị pH 4.3.3 Biến thiên ẩm độ
Ẩm độ (nước) rất cần thiết cho quá trình hòa tan dinh dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào, ẩm độ quyết định đến thời gian ủ và chất lượng phân. Ẩm độ dưới 20% sẽ cản trở các quá trình sinh học. Ẩm độ quá cao sẽ làm rửa trôi hoặc thấm rỉ các chất dinh dưỡng. Ẩm độ thích hợp cho ủ compost từ 50 - 70% (trung bình là 60%), nếu ẩm độ cao sẽ ngăn quá trình thông khí và làm cho mẻ ủ compost từ hiếu khí trở nên yếm khí (Lê Hoàng Việt, 2003).
0 10 20 30 40 50 60 70 1 7 15 22 30 37 45 52 60 Ngày Ẩ m đ ộ (%) TN1 TN2 TN3 Hình 4.23 Biểu đồ biểu diễn ẩm độ
Từ kết quả biểu đồ hình 4.22, trong khoảng 30 ngày đầu của đống ủ thì ẩm độ cao 50 – 65% là vì nghiên cứu có bổ sung ẩm độ cho đống ủ, để có thể phù hợp cho quá trình ủ phân compost nhằm thúc đẩy quá trình phân hủy của các chất hữu cơ trong đống ủ. Bắt đầu từ ngày 30 không bổ sung nước cho đống ủ, vì nó đang chuyển sang giai đoạn khoáng hóa. Trong những ngày cuối của đống ủ vẫn tiếp tục xới đảo làm cho ẩm độ của chúng giảm xuống đến ngày 45 thì ẩm độ của đống ủ dao động khoảng 39 – 40% cho thấy cho thấy quá trình ủ sắp kết thúc. Nhưng giá trị ẩm độ này vẫn cao hơn nhiều so với giá trị giới hạn của phân compost đầu ra theo qui định trong tiêu chuẩn TCN 526 – 2002 của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn (£35%). Do đó ẩm độ được theo dõi cho đến khi ẩm độ đạt £35% tương ứng với 60 ngày ủ và ẩm độ nằm trong khoảng (32 - 35%).
4.3.4 Tổng Cacbon
Trong quá trình ủ, lượng cacbon có thể giảm do sự chuyển hóa CO2 theo con đường sau: Cacbon à Đường đơn à Axit hữu cơ à CO2 và nguyên sinh chất của VSV.
0 5 10 15 20 25 1 7 15 22 30 37 45 52 60 Ngày C ac bon (% C ) TN1 TN2 TN3 TCN
Hình 4.24 Biểu đồ biểu diễn Cacbon hữu cơ
Theo biểu đồ hình 4.23, ta thấy hàm lượng Cacbon đều giảm ở cả 3 thí nghiệm là do sự chuyển hóa cacbon trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Ở giai đoạn đầu tổng cacbon ở cả 3 thí nghiệm đều giảm là do quá trình phân hủy thành CO2 của các hợp chất hữu cơ phối trộn có thể do các hợp chất phức tạp phân hủy thành những dạng mạch đơn, làm cho các nguyên liệu ủ trở nên tơi xốp và thích hợp cho cây trồng. Sau 15 ngày ủ, hàm lượng cacbon tổng số ở các thí nghiệm giảm đáng kể, tốc độ giảm trung bình dao động trong khoảng 3,8 - 4,8% chứng tỏ giai đoạn này quá trình phân hủy các chất hữu cơ diễn ra mạnh, kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Haque and Vandepopuliere (1994) trên phân chuồng cho thấy hàm lượng cacbon giảm nhanh chóng trong 2 tuần đầu của quá trình ủ phân và quá trình giảm cacbon chậm dần và kết thúc vào cuối giai đoạn ủ. Giai đoạn từ ngày 30 đến ngày 60 cacbon tiếp tục giảm không khác biệt có ý thống kê 5% ở các thí nghiệm 1, thí nghiệm 2, thí nghiệm 3 và chúng dao động khoảng 14,61 – 15,09 %. So với TCN
526 - 2002 (≥ 13%), hàm lượng cacbon tổng số của 3 thí nghiệm sau ủ đều đạt tiêu chuẩn cho phép.
4.3.5 Hàm lượng N_NO3- (mg/kg)
Hàm lượng N_NO3- khi bắt đầu thí nghiệm biến động trong khoảng 0,027 – 0,03 mg/kg được thể hiện ở biểu đồ hình 4.24 trong quá trình theo dõi các thí nghiệm với các kích thước khác nhau thì lượng đạm này tăng theo thời gian ủ. Nhưng đối với thí nghiệm 2 thì hàm lượng này tăng nhiều hơn so với thí nghiệm 1 và thí nghiệm 3. Hàm lượng N_NO3- trong 3 thí nghiệm nằm trong khoảng 80 – 230 mg/l. Nguyên nhân là do điều kiện ủ hiếu khí một phần N_NH4+ thành N_NO3-. Cùng với đó đây là giai đoạn khoáng hóa của nitơ trong chuổi phản ứng. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Nguyễn Lệ Phương (2010) hàm lượng N_NO3- tăng lên theo thời gian ủ. Khi đó, theo nghiên cứu chọn thí nghiệm có sản phẩm có chất lượng cao sử dụng tốt cho cây trồng nghĩa là có hàm lượng đạm nitrat cao nhất. Qua kết quả trên cho thấy, hàm lượng đạm nitrat cao nhất ở thí nghiệm 1m3 (233,43 mgNO3_N/kg), kế đến là thí nghiệm 1,5m3 (170,45 mgNO3_N/kg), thấp nhất ở thí nghiệm 0,5m3 (83,06 mgNO3_N/kg). So sánh với sự giảm hàm lượng N-NH4+ ở các thí nghiệm thì thí nghiệm 1,5m3 giảm nhiều nhất, điều này có thể do sự gia tăng nhiệt độ và pH cao trong giai đoạn đầu của quá trình ủ đã làm gia tăng sự bay hơi của NH3 (Macro de Bertoldi, 1992). Vì vậy hàm lượng N-NO3- được chuyển hóa thấp hơn so với thí ngiệm 1. Trong khi đó thí nghiệm 1m3 có hàm lượng N-NO3- cao nhất chứng tỏ phần lớn lượng N-NH4+ bị oxy hóa thành N-NO3-, lượng NH3 bay hơi ít. 0 50 100 150 200 250 1 7 15 22 30 37 45 52 60 Ngày H àm lượ ng N _N O3 - (m g/ kg ) TN1 TN2 TN3
Hình 4.25 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng N_NO3-
4.3.6 Hàm lượng N_NH4+ (mg/kg)
Kết quả hàm lượng đạm N_NH4+ được biểu diễn qua hình 4.25 cho thấy hàm lượng đạm này tăng từ ngày 1 đến ngày 15 của đống ủ là do đây là thời gian phân hủy các chất hữu cơ, có sự chuyển hóa từ nitơ hữu cơ sang dạng N_NH4+, so với giá trị thì pH tăng trong đống ủ tạo thành môi trường kiềm nên N_NH4+ tăng lên. Ở giai đoạn từ ngày 22 đến ngày 60, hàm lượng N_NH4+ giảm dần theo thời gian ủ
trong điều kiện ủ hiếu khí một phần N_NH4+ bị oxy hóa thành N_NO3- dưới tác động của các vi sinh vật làm cho hàm lượng N_NH4+ giảm xuống (Macro de Bertoldi, 1992) và một phần N_NH4+ do chuyển thành NH3 ở thể khí. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 1 7 15 22 30 37 45 52 60 Ngày N _N H4 + (m g/ kg ) TN1 TN2 TN3 Hình 4.26 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng đạm N_NH4+ 4.3.7 Tổng Nitơ (%)
Nitơ là nguyên tố dinh dưỡng không chỉ quan trọng đối với cây trồng mà còn là một trong những yếu tố được sử dụng để đánh giá chất lượng phân bón. Trong ủ phân compost, nitơ được vi sinh vật sử dụng thông qua quá trình phân hủy các chất hữu cơ và giải phóng NH3 tạo môi trường kiềm.
Kết quả được biểu diễn qua biểu đồ hình 4.26 cho thấy hàm lượng TN ban đầu của các thí nghiệm 0,5m3 (0,71%), 1m3 (0,73%), 1,5m3 (0,72%). Sau 15 ngày ủ, TN ở các thí nghiệm có sự biến động không khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% so với ban đầu. Kết quả này phù hợp với ghi nhận của Macro de Bertoldi (1992) sự gia tăng nhiệt độ và pH trong giai đoạn đầu thí nghiệm làm gia tăng sự bay hơi NH3 nên hàm lượng đạm không tăng.
Từ ngày 22 đến ngày 45 hàm lượng TN của 3 thí nghiệm tăng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5%. Sau 60 ngày ủ, hàm lượng TN ở 3 thí nghiệm tăng, dao động trong khoảng 2,32 - 2,57%. Nguyên nhân TN tăng trong giai đoạn này là do quá trình nitrat hóa chuyển từ N_NH4+ thành N_NO3-, quá trình này làm giảm pH do N_NH4+ giảm xuống và một phần chuyển thành khí NH3. Hàm lượng TN giữa các thí nghiệm đều tăng lên theo thời gian và biến động khoảng 0,7 – 2,6%, kết quả này phù hợp với Lâm Thị Hẹn và Phạm Anh Thi (2011) khi ủ bùn hệ thống xử lý nước thải phối hợp với rơm có hàm lượng đạm tăng từ 1,68 – 3,12%. Nhưng khác biệt so với nghiên cứu của Đoàn Thị Trúc Linh (2012) khi ủ bùn cống rãnh – Rơm – Phân gà – nấm Trichoderma ở quy mô 0,25m3 có TN tăng từ 1,17% lên 1,65%.
Trong quá trình ủ, vi sinh vật sử dụng Cacbon nhiều gấp 20 - 40 lần nitơ, một phần được giải phóng dưới dạng CO2, một phần được đồng hóa vào tế bào làm cho phần
trăm TN tăng lên (Nguyễn Hữu Chiếm và ctv, 2006). So với 10TCN 526 - 2002 về hàm lượng TN có thể thấy thí nghiệm 1m3 (2,49% TN) và 1,5m3 (2,57% TN) đạt tiêu chuẩn ngành. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1 7 15 22 30 37 45 52 60 Ngày T ổng n itơ (%) TN1 TN2 TN3 TCN Hình 4.27 Biểu đồ biểu diễn tổng Nitơ 4.3.8 Tỷ lệ C/N
Tỷ lệ C/N thích hợp cho quá trình ủ phân là 20/1 – 40/1 theo Lê Hoàng Việt, (2003). Tỷ lệ này nói lên mức độ phân hủy các chất thải hữu cơ và mức cân bằng dinh dưỡng có trong khối ủ, là một trong những yếu tố nhận biết mẻ ủ chín (Lê Hoàng Việt, 1998) và là yếu tố để đánh giá chất lượng phân khi quá trình ủ kết thúc. Các đống ủ cho thấy tỷ lệ C/N ban đầu giữa các thí nghiệm là 30/1. Tỷ lệ này thích hợp cho quá trình ủ phân compost. Kết quả được biểu diễn qua hình 4.27 cho thấy, tỷ lệ C/N của các thí nghiệm giảm khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo thời gian ủ phù hợp với nghiên cứu của Hà Thanh Toàn (2010) khi ủ rác sinh hoạt với nấm Trichoderma, tỷ lệ C/N ở các thí nghiệm giảm theo thời gian từ ngày 1 đến ngày 60. Giai đoạn từ ngày 1 đến ngày 15 tỷ lệ C/N các thí nghiệm dao động trong khoảng 20 - 30, phù hợp với nghiên cứu của Đoàn Thị Trúc Linh (2012) khi ủ bùn cống thải với vật liệu hữu cơ sau 15 ngày có tỷ lệ C/N dao động trong khoảng 19 - 22. Tỷ lệ C/N giữa các thí nghiệm giảm. Trong đó, thí nghiệm 1m3 giảm khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% có thể do ở giai đoạn này nhiệt độ của đống ủ đạt giá trị cao và