Ở Việt Nam thường sử dụng phương pháp compost để xử lý chất thải hữu cơ dạng rắn. Phương pháp này bao gồm các loại như: ủ nóng, ủ nguội và phối hợp ủ nóng trước, ủ nguội sau [12]. Nguyên lý của quá trình ủ phân chuồng là dưới tác động của các vi sinh vật hiếu khí và yếm khí ở điều kiện tối ưu, các chất hữu cơ phân tử lớn sẽ chuyển thành chất hữu cơ phân tử nhỏ, các khoáng chất khó tiêu chuyển thành dễ tiêu, nhờ đó cây trồng tăng khả năng sử dụng nhanh các chất dinh dưỡng cần thiết. Thông thường để chất thải chăn nuôi hoai mục hoàn toàn đòi hỏi thời gian ủ từ 3-6 tháng [11].
Từ năm 1998-2000, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu thử nghiệm và tiếp thu công nghệ sản xuất chế phẩm EM ứng dụng trong nông nghiệp và vệ sinh môi trường. Khi chăn nuôi quy mô lớn thì lượng phân thải tập trung nhiều, tạo ra mùi hôi đặc trưng là môi trường thuận lợi hấp dẫn loài ruồi đến sinh sôi, nảy nở. Sử dụng chế phẩm EM trong chăn nuôi có thể giảm thiểu mùi hôi của các chuồng trại, giảm ô nhiễm môi trường [18].
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giới thiệu phương pháp ủ phân tại chỗ quy mô hộ gia đình giúp tận dụng nguồn phân gia súc, phế phụ phẩm chăn nuôi tại địa phương, sản xuất thành phân bón giúp tăng năng suất cây trồng, giảm chi phí sản xuất nông nghiệp, đồng thời góp phần
cải tạo đất và bảo vệ môi trường sinh thái.
Năm 2011, Đặng Xuyến Như và cộng sự thuộc Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ đã hoàn thiện quy trình, trong đó có sử dụng chế phẩm sinh học xử lý phế thải chăn nuôi lợn ở trang trại quy mô hộ gia đình giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, sử dụng nguồn chất thải làm phân bón hữu cơ sinh học [14].
Chế phẩm Bio – F do Võ Bích Hạnh và cộng sự nghiên cứu sản xuất năm 2005 chứa các vi sinh vật như: xạ khuẩn Streptomyces sp., nấm mốc
Trichoderma sp. và vi khuẩn Bacillus sp. có tác dụng phân hủy nhanh các hợp chất hữu cơ, làm mất mùi hôi trong phân lợn, gà và bò. Sau 3 ngày các vi sinh vật hữu ích phát triển mạnh, phân giải và làm mất mùi hôi. Nhiệt độ trong đống ủ cũng tăng lên tới 60-700C, tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và trứng giun trong phân. Sau 7-10 ngày, tiếp tục ủ chín giai đoạn kết thúc và sản phẩm thu được là phân bón hữu cơ chất lượng cao, có tác dụng chống nấm gây hại cây trồng [9].
Năm 2005, bộ môn Vi sinh vật – Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã sản xuất thử nghiệm thành công chế phẩm Compost Maker phục vụ cho sản xuất phân bón hữu cơ sinh học từ nguồn phế thải chăn nuôi [16]. Từ năm 2008 – 2011, trong chương trình Công nghệ Sinh học Nông nghiệp và nguồn tài trợ của Ngân hàng phát triển Châu Á, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa và Viện Môi trường Nông nghiệp đã sản xuất thử nghiệm thành công và chuyển giao công nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh vật cho sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ nguồn phế thải chăn nuôi tại nhiều tỉnh thành trong cả nước. Chế phẩm chứa các chủng Streptomyces, Bacillus,
nấm men và vi khuẩn lactic có tác dụng phân hủy nhanh các hợp chất hữu cơ trong chất thải, làm mất mùi hôi. Sau 7-10 ngày, giai đoạn kết thúc sản phẩm thu được là phân hữu cơ sinh học với chất lượng dinh dưỡng cao, đáp ứng được yêu cầu phục vụ sản xuất nông nghiệp an toàn, bền vững [17].
Kết quả nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường của Viện Chăn nuôi giai đoạn 2008 – 2010 cho thấy thử nghiệm xử lý phân lợn ở vùng chăn nuôi trang trại tập trung với các chế phẩm sinh học (EM thứ cấp, EM Bokaski, và Compost Marker) cho phép rút
ngắn trung bình khoảng 1/3 thời gian so với ủ phân bằng phương pháp truyền thống, giảm nồng độ NH3, H2S gây mùi hôi thối và giảm các mầm bệnh vi sinh vật, ký sinh trùng. Sử dụng chế phẩm đơn giản, dễ làm, phù hợp với các trang trại quy mô tập trung. Phân lợn sau khi xử lý đáp ứng được các yêu cầu của phân hữu cơ sinh học cho cây trồng [15].
Các kết quả nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất rắn chăn nuôi bò ở Việt Nam trong thời gian qua đã cho thấy, sử dụng chế phẩm vi sinh có tác dụng phân hủy chất thải nhanh hơn rút ngắn thời gian, giảm phát sinh mùi hôi thối, giảm được các vi sinh vật gây bệnh có trong chất thải. Tuy nhiên, như chúng ta đã biết quá trình phân hủy các chất thải hữu cơ là quá trình hoại sinh, nhiệt độ của đống ủ tăng lên nhanh chóng sau 3-5 ngày ủ, nhiệt độ có thể đạt tới 60-700C, do vậy, khi đạt nhiệt độ trên, các chủng vi sinh vật ưa ấm sẽ bị ức chế, không sinh trưởng được, chỉ còn lại các chủng vi sinh vật chịu nhiệt và ưa nhiệt mới có thể tồn tại và sinh trưởng được.
c. Xử lí bằng chế phẩm vi sinh Sagi Bio
Chế phẩm Sagi Bio dùng cho xử lí chất thải sinh hoạt, phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, phân gia súc, gia cầm, than bùn, vỏ cà phê, các loại rau quả …) và chất thải công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩn giàu hữu cơ [3].
Chế phẩm có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ chất thải hữu cơ (chất thải sinh hoạt, phụ phẩm nông nghiệp: rơm rạ, phân gia súc, gia cầm, than bùn…) ở nhiệt độ cao 55-60oC, rút ngắn thời gian xử lý, biến chất thải hữu cơ thành phân bón hữu cơ phục vụ cho sản xuất nông lâm nghiệp và cải tạo đất. Ức chế và diệt các vi sinh vật gây bệnh trong chất thải và giảm phát sinh mùi hôi thối và làm sạch môi trường [4].
Chế phẩm Sagi Bio gồm có: các chủng vi sinh vật hữu hiệu thuộc nhóm chịu nhiệt và ưa nhiệt (nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 45-50oC) sinh tổng hợp mạnh các enzym ngoại bào (xenlulaza, amylaza và proteinaza).
+Xạ khuẩn thuộc chi Streptomyces
Mật độ vi sinh hữu ích đạt: ≥109
CFU/gam, ml chế phẩm trong đó: + Vi khuẩn thuộc chi Bacillus: ≥109
CFU/gam, ml + Xạ khuẩn Stretomyces: ≥108
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1. Địa điểm nghiên cứu
+ Quy mô pilot: Phòng Vi sinh vật môi trường, Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
+ Quy mô thực địa: Xã Vân Hòa, huyện Ba Vì, Hà Nội
2.2. Vật liệu nghiên cứu
Chất thải rắn chăn nuôi bò: phân bò, thức ăn dư thừa, chủng vi sinh vật
2.3. Đối tƣợng nghiên cứu
Chế phẩm Sagi Bio của phòng Vi sinh vật môi truờng - Viện Công nghệ môi trường:
Mật độ vi sinh hữu ích đạt: ≥109
CFU/gam, ml chế phẩm trong đó: + Vi khuẩn thuộc chi Bacillus: ≥109
CFU/gam, ml + Xạ khuẩn Stretomyces: ≥108
CFU/gam, ml
2.4. Các thiết bị sử dụng trong quá trình nghiên cứu
- Tủ hút
- Tủ sấy (ClassII Biohazard Safety Cabitet –Esco) - Nồi khử trùng (SA- 300VF)
- Cân điện tử
- Thiết bị chưng cất đạm - Máy lắc (Shel lab)
- Bộ dụng cụ xác định H2S trong chất thải rắn (Gastec 201H) - Máy đo mật độ quang
2.5. Các phuơng pháp phân tích
2.5.1. Phương pháp xác định nitơ tổng
Cách tiến hành a. Lấy mẫu
Truớc hết chọn mẫu trung bình của phân chuồng từ khối luợng lớn của phân. Từ mẫu trung bình trộn đều lấy mẫu trung bình trộn đều lấy mẫu phân tích của phòng thí nghiệm
Cân 10g mẫu từ mẫu phân tích vào bình 250ml sao cho mẫu không dính vào thành bình
Rót vào 30ml sunfophenol (nếu không cần phân tích NO3 -
thì không dùng phenol) lắc nhẹ đều
Thêm vào 1-2g bột Zn, đun nhẹ trên ngọn lửa và sau đó đun sôi
Khi dịch lỏng trong bình có ánh đỏ thì lấy bình ra khỏi bếp, thêm 0,1g Se bột hay 0,59g CuSO4
Tiếp tục đun sôi cho đến khi dung dịch trong bình trắng hoàn toàn, đun thêm nửa giờ
Lấy bình ra để nguội, thêm một ít nuớc cất và chuyển toàn bộ dung dịch vào thiết bị chưng cất đạm. Thể tích trong bình cất khoảng 300ml, thêm khoảng 2-3 giọt phenolphtalein
Sau đó rót cẩn thận 120ml NaOH 30% vào bình cất đồng thời lấy 75ml H2SO4 0,1N có 2-3 giọt metyl da cam để hấp thụ NH3 thoát ra sau khi cất
Để biết quá trình chưng cất đã kết thúc hay chưa thì lấy vài giọt cuối cùng chảy ra từ ống và thêm vào 1-2 giọt thuốc thử Nestle, nếu có màu vàng thì còn NH3, việc cất NH3 chưa kết thúc.
Sau khi kết thúc thì chuẩn độ luợng thừa H2SO4 còn lại sau khi hấp thụ bằng dung dịch kiềm có nồng độ tiêu chuẩn cho tới khi chuyển màu từ màu đỏ sang hơi vàng (chỉ thị metyl)
b. Pha hóa chất
- Axit sunfophenic: hòa tan 40g phenol tinh khiết (C6H5OH) trong axit H2SO4 (d = 1,84) sau đó định mức đến 1 lít
- Phenolphtalein 1% pha trong ruợu - NaOH 30%
- H2SO4 0,1N - Metyl da cam - Thuốc thử Nestle
- Dung dịch chuẩn NaOH 0,1N c. Tính toán
N (%) = [(V1 X N1 - V2 X N2) X 0,014 X 100] : m
Trong đó V1: số ml H2SO4 0,1N để hấp phụ N1: nồng độ của H2SO4
V2: số nl NaOH tiêu tốn khi chuẩn N2: nồng độ của NaOH
m: khối luợng mẫu lấy phân tích
2.5.2. Xác định Photpho tổng
Photpho tổng được xác định theo TCVN 8563 : 2010. Phân bón – phương pháp xác định phốt pho tổng số
2.5.3. Phương pháp xác định tổng chất hữu cơ
Tổng chất hữu cơ (OM) được xác định theo TCVN 9294 : 2012 (Phân bón – xác định cacbon hữu cơ tổng số bằng phương pháp Walkley – Black)
Cách tiến hành: a. Hóa chất
+ Dung dịch tiêu chuẩn kali dicromat (K2Cr2O7) M/6: Cân 49,040 g K2Cr2O7
(đã sấy khô ở 105 oC trong 2 h, để nguội trong bình hút ẩm) cho vào cốc dung tích 1000 ml, thêm 400 ml nước cất, khuấy tan, chuyển vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước cất đến vạch định mức, lắc đều. Bảo quản kín ở 20 o
C.
+ Dung dịch muối Mohr [FeSO4(NH4)2SO4.6H2O] nồng độ khoảng 0,5 M: Cân 196 g [FeSO4(NH4)2SO4.6H2O] vào cốc dung tích 1000 ml, thêm 50 ml axit
H2SO4đặc, thêm 450 ml nước cất, khuấy tan, chuyển vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước cất đến vạch định mức, lắc đều, để cho lắng trong, nếu đục phải lọc. Bảo quảnkín trong lọ màu nâu ở 20oC, tránh xâm nhập của không khí.
+ Dung dịch chỉ thị màu ferroin O. phenanthrolin: Cân 0,695 g sắt hai sunphat (FeSO4.7H2O) và 1,485 g O.phenanthrolin monohydrate (C12H8N2. H2O), hòa tan trong 100 ml nước cất.
+ Dung dịch chỉ thị màu bari diphenylamin sunfonat 0,16%:Cân 0,16 g bari diphenylamin sunfonat, hòa tan trong 100 ml nước cất.
+ Dung dịch chỉ thị màu axit N – phenilanthranilic:Cân 0,1 g axit N- phenylanthranilic và 0,1 g Na2CO3 trộn đều với một ít nước cất, sauhòa tan thành 100 ml.
b. Chuẩn bị mẫu thử
+ Mẫu đem đến phòng thí nghiệm được đảo trộn đều, trải phẳng trên khay nhựa hoặctấm ni lông, lấy mẫu trung bình theo phương pháp đường chéo góc, trộn đều, lấy hai phầnđối diện và loại bỏ dần cho đến khi còn khoảng 500 g.
+ Chia mẫu trung bình thành hai phần bằng nhau, cho vào hai túi PE, buộc kín, ghimã số phân tích, ngày, tháng, tên mẫu (và các thông tin cần thiết), một túi làm mẫu lưu,một túi làm mẫu phân tích.
+ Nghiền mịn mẫu rồi qua rây 0,2 mm, trộn đều làm mẫu phân tích.
+ Các mẫu có độ ẩm cao có thể cân một lượng mẫu xác định, sấy khô ở nhiệt độ 70oC, xác định độ ẩm, nghiền mịn mẫu khô qua rây 0,2 mm làm mẫu phân tích. Lưu ý khitính kết quả phải nhân với hệ số chuyển đổi từ khối lượng mẫu khô sang khối lượng mẫuthực tế ban đầu.
+ Các mẫu không thể xử lý có thể lấy một lượng mẫu khoảng 20 g,nghiền thật mịn làm mẫu phân tích.
+ Cân khoảng 0,1 g đến 0,2 g mẫu đã được xử lý chính xác đến 0,0001 g, cóhàm lượng không quá 50 mg các bon, cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250 ml.
+ Thêm 20,0 ml dung dịch tiêu chuẩn K2Cr2O7 M/6
+ Thêm nhanh 40 ml H2SO4 đậm đặc từ ống đong, lắc nhẹ, trộn đều. + Đặt lên tấm cách nhiệt, để yên trong thời gian 30 phút.
+ Thêm 100 ml nước cất và 10 ml H3PO4 85%, để nguội đến nhiệt độ trong phòng.
+ Tiến hành đồng thời 2 mẫu trắng, cùng cách chuẩn bị như mẫu thử c. Tính toán
+ Hàm lượng các bon hữu cơ theo phần trăm (% OC) khối lượng phân được tính theo công thức:
Trong đó:
V: Thể tích dung dịch K2Cr2O7 sử dụng tính bằng mililit (ml);
a: Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu trắng tính bằng mililit (ml); b: Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu thử tính bằng mililit (ml); m: Khối lượng mẫu cân để xác định tính bằng gam (g);
3: Đương lượng gam của các bon tính bằng gam (g);
100/75: Hệ số quy đổi (do phương pháp này có khả năng oxy hóa 75% tổng lượng các bonhữu cơ).
+ Công thức chuyển đổi từ OC sang OM
% OM = % OC x 2,2
2,2: Hệ số chuyển đổi các bon hữu cơ sang chất hữu cơ
2.5.4. Phương pháp xác định khí H2S và NH3 phát sinh từ quá trình ủ xử lý chất thải rắn thải rắn
Phương pháp lấy mẫu và phân tích khí H2S và NH3 trong mẫu không khí tuân theo tiêu chuẩn ngành 10 TCN 676-2006 và 10TCN 677-2006 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn.
- Lấy mẫu phân tích nồng độ khí H2S bằng cách hấp thụ vào dung dịch cadimi hydroxit. Máy bơm lấy mẫu khí SKC Universal PCXR4 (hình 2 trên đây) được sử dụng ở tốc độ hút 1l/phút. Thời gian hút mẫu khí trong buồng cô lập là 10 phút còn trong không gian chuồng nuôi là 20 phút.
- Sau khi hiện màu bằng phản ứng với N, N-dimetyl-p-phenylendiamin sunfua và clorua Fe(III), dung dịch được đo quang trên máy DR 2500 (HACH- Mỹ) ở bước sóng 670nm.
- Lấy mẫu khí NH3 bằng cách hấp thụ trong dung dịch H2SO4 0,1 N. Máy bơm lấy mẫu khí SKC Universal PCXR4 được sử dụng ở tốc độ hút 1l/phút. Sau khi hiện màu bằng thuốc thử salicylat và hypoclorit cùng natri nitroprusside dung dịch được đo quang ở bước sóng 630 nm trên máy đo DR 2500 (HACH- Mỹ).
Tính toán nồng độ khí H2S và NH3 (X) trong không khí theo biểu thức: X ( mg/m3 ) = (A x B) x 103 /C xV0
Trong đó:
- A là nồng độ H2S (hay NH3) trong dung dịch hấp thu (mg/l) - B là tổng thể tích dung dịch mẫu thử (ml)
- C: Thể tích dung dịch lấy để phân tích (ml)
- V0 là thể tích khí đã được hút qua dung dịch hấp thu tính theo điều kiện tiêu chuẩn (lit).
2.5.6. Phương pháp vi sinh vật
Phƣơng pháp xác định Coliform
Phương pháp nhiều ống với chỉ số MPN để kiểm tra số luợng E.coli trong đất, nuớc và thực phẩm khác.
Chuẩn bị môi trường nuôi cấy (phần phụ lục). Phần dung dịch môi truờng đã chuẩn bị vào các ống nghiệm có chứa sẵn các ống Durham, mỗi ống chứa 4,5ml (hoặc 9ml) môi trường, khử trùng, đuổi hết bọt khí trong ống ra
Lấy 10g mẫu chất thải rắn cho vào bình nón chứa 90ml dung dịch đệm đã vô trùng lắc cho mẫu tan đều. Khi đó đựơc mẫu pha loãng đến nồng độ 10-1
Sử dụng pipet hút 1ml mẫu đã pha loãng ở nồng độ 10-1 vào ống nghiệm chứa 9ml dung dịch đệm đã vô trùng, ta đưọc độ pha loãng 10-2. Tiếp tục cho đến khi dung dịch mẫu đuợc pha loãng tới nồng độ thích hợp.
Bổ sung 0,5ml dung dịch mẫu đã pha loãng vào các ống nghiệm chứa môi trường coliform
Làm ở 3 nồng độ liên tiếp, mỗi nồng độ lặp lại 10 lần
Ở mỗi nồng độ: nuôi 5 ống ở 37oC (xác định coliform tổng số), 5 ống ở 45oC. Sau 24 giờ lấy ra quan sát khả năng sinh hơi(lên men) trong các ống nghiệm, ghi lại các ống duơng tính(các ống sinh hơi lên men lactoza) ở các nồng độ khác nhau, đối chiếu với bảng chỉ số MPN để xác định số luợng E.coli xuất hiện trong 1g mẫu nghiên cứu.
Phƣơng pháp xác định tổng Salmonella:
Môi trường: SS agar (Merck)
Pha loãng mẫu vật nghiên cứu đến một mức độ nhất định trong các ống nghiệm chứa 9ml nước vô trùng. Lấy 0.1 ml dịch mẫu đã pha loãng ở 3 nồng độ khác nhau cho vào các hộp peptri chứa môi trường vô trùng đã chuẩn bị trước.