III. Tổng quan về phân compost
2.3.Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp ủ
- Sử dụng phương pháp ủ kị khí - Thời gian: 40 ngày
- Nguyên liệu gồm rác bếp và rơm rạ và enzyme rác
Hình 2.1: Rác bếp Hình 2.2: Rơm
Hình 2.3: Dung dịch enzyme rác
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ENZYME RÁC ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH Ủ TẠO PHÂN COMPOST 2.3.2. Dụng cụ hóa chất thí nghiệm a) Dụng cụ - Ống đong 250ml, 500ml - Đĩa petri - Pipet - Cốc thủy tinh 50ml, 100ml, 500ml - Bình tam giác 250ml - Buret - Thiết bị chưng cất đạm
- Thiết bị vô cơ phá mẫu
b) Hóa chất thí nghiệm
- Hóa chất dùng phân tích Cacbon: axit sunfuric đậm đặc, Axit phosphoric, dung dịch tiêu chuẩn kali dicromat (K2Cr2O7) M/6, dung dịch muối Mohr [FeSO4(NH4)2SO4.6H2O] nồng độ khoảng 0,5M, dung dịch chỉ thị màu ferroin O. phenanthrolin.
- Hóa chất dùng phân tích Nito: dung dịch H2SO4 đậm đặc, CuSO4.5H2O, dung dịch HCl 0,2M và 0,1M, chỉ thị phenolphtalein, dung dịch NaOH 40%, dung dịch H3BO3 5%, hỗn hợp chỉ thị bromocresol xanh và methyl đỏ.
2.3.3. Bố trí thí nghiệm
a) Chuẩn bị dung dịch enzyme rác
Vì thời gian nghiên cứu có giới hạn nên Dung dịch enzyme rác được mua tại Công ty TNHH MTV Công Nghệ Sinh Học Minh Hồng, dung dịch vừa được lọc xong sau quá trình ủ, dung dịch được lưu trữ trong can nhựa. Cần chuẩn bị 10 lít dung dịch enzyme rác để tiến hành ủ.
b) Cách tiến hành thí nghiệm
Bước 1: chuẩn bị nguyên liệu ủ gồm rác bếp và rơm rạ và enzyme rác. Lưu ý rác bếp và rơm rạ trước khi cho vào thùng ủ phải được cắt nhỏ khoảng 1-2cm. Bước 2: Chuẩn bị thùng xốp cách nhiệt
Mô hình:
- Có đục lỗ ở trên bề mặt của thùng xốp để dễ dàng đo nhiệt độ, độ ẩm, pH.
- Ủ 3 thùng với các tỷ lệ dung dịch Enzyme rác khác nhau: Hình 2.4: T200 Hình 2.5: T250 (dd Enzyme rác 200ml) (dd Enzyme rác 250ml) Hình 2.6: T300 (dd Enzyme rác 300ml)
Bước 3: Cho nguyên liệu ủ vào mỗi thùng theo đúng tỷ lệ (mỗi thùng 1,7kg rác bếp và 0,3kg rơm vì mục tiêu là giảm được một phần rác bếp thải ra môi trường nên sử dụng khối lượng rác bếp nhiều hơn rơm) và trộn đều hỗn hợp sau đó cho dung dịch enzyme rác theo đúng tỷ lệ (thùng 1 cho 200ml dung dịch enzyme rác, thùng 2 cho 250ml dung dịch enzyme rác và thùng 3 cho 300ml dung dịch enzyme rác) của từng thùng ủ rồi tiếp tục trộn đều hỗn hợp với nhau. Cuối cùng đậy kín nắp thùng.
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ENZYME RÁC ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH Ủ TẠO PHÂN COMPOST
Bước 4: Tiến hành đo các chỉ tiêu độ ẩm, pH, nhiệt độ. Với tần suất đo 3 ngày/lần. Và cách 3 ngày sẽ bổ sung enzyme rác theo tỷ lệ từng thùng và đảo trộn đều các thùng cho đến khi kết thúc quá trình ủ.
2.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
Phân tích các chỉ tiêu: Nhiệt độ, độ ẩm, pH, hàm lượng C/N
2.4.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ enzyme rác trước khi bổ sung vào các thùng ủ.
Dùng nhiệt kế thủy ngân cắm trực tiếp và chính giữa thùng ủ rồi kiểm tra kết quả. Tần suẩ đo nhiệt độ là 3 ngày/ lần.
Hình 2.8: Đo nhiệt độ enzyem rác và đống ủ
2.4.2. Độ ẩm
- Chuẩn bị đĩa petri có nắp đậy cho vào tủ sấy có đánh số thứ tự trên mỗi đĩa, sấy đĩa petri và nắp ở nhiệt độ 105oC đến khối lượng không đổi (khoảng 15 phút).
- Sau khi sấy lấy đĩa ra khỏi tủ sấy cho vào bình hút ẩm đến nhiệt độ dự phòng
(khoảng 15 phút) rồi đem đi cân được khối lượng m1.
- Sau đó lấy 1-1,2 g mẫu cho vào đĩa, đậy nắp hở và cho vào tủ sấy. Sấy ở nhiệt độ 105oC trong khoảng 1 giờ.
- Sau đó lấy ra và đậy chặt nắp cho vào bình hút ẩm khoảng 15 phút. - Mang đi cân và tiếp tục cho vào tủ sấy khoảng 30 phút đạt khối lượng
không đổi ta xác định được khối lượng m2. Công thức xác định độ ẩm:
Độ ẩm (%) = m1m−m2
1
×100 Trong đó:
- m1: khối lượng đĩa petri trước khi có mẫu sấy (g) - m2: khối lượng đĩa petri sau khi có mẫu sấy (g)
Hình 2.9: Đo độ ẩm
2.4.3. pH
Lấy mẫu đem đi pha với nước cất rồi mang đi đo bằng máy đo pH
Hình 2.10: Đo Ph
2.4.4. Xác định hàm lượng Nito
Xác đinh hàm lượng N bằng phương pháp KJELDAL [10]
Pha hóa chất:
- Dung dịch NaOH 40%: Cân 400g NaOH rắn cho vào cốc (dung tích 1000 mL), thêm 400 mL nước, khuấy tan, chuyển sang bình định mức dung tích 1000 mL, thêm nước đến vạch định mức để được 1lit dung dịch. Để yên dung dịch cho lắng hết cặn carbonat, sử dụng phần dung dịch trong. Bảo quản dung dịch trong bình nhựa kín.
- Dung dịch H3BO3 5%: Cân 50g H3BO3 vào cốc dung tích 1000 mL, thêm 900 mL nước nóng, khuấy tan, để nguội; thêm vài mililit dung dịch hỗn hợp chỉ thị, lắc đều; sau đó nhỏ từng giọt NaOH 0,1 M cho đến khi toàn bộ dung dịch có màu hồng nhạt (pH khoảng 5), chuyển sang bình định mức dung dịch 1000 mL, thêm nước đến vạch định mức, lắc trộn đều, dung dịch được chuẩn bị trước khi sử dụng. Bảo quản kín ở 20oC trong chai sẫm màu.
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ENZYME RÁC ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH Ủ TẠO PHÂN COMPOST
- Hỗn hợp chỉ thị bromocresol xanh và methyl đỏ: Cân 0,1g bromocresol xanh và 0,3g methyl đỏ hòa tan trong 100ml ethanol 95%. Bảo quản kín ở 20oC trong chai sẫm màu.
Phá hủy mẫu:
Cân 1gam mẫu cho vào bình Kendan khô, cho 0,05g CuSO4.5H2O vào
bình. Thêm vào đây 20ml H2SO4 đặc, để mẫu thấm đều nên lắc nhẹ bình nhưng chú ý không để mẫu bám lên thành bình. Đun nhẹ khoảng 2 phút cho đến khi bay hơi hết CO2.
Tăng dần nhiệt độ đến 200oC, đun sôi nhẹ cho đến khi khói trắng bay lên (khoảng 60 phút) và tiếp tục tăng nhiệt độ đến khoảng 350oC (khoảng 30 phút), chú ý không để khô mẫu, sau đó để nguội. Khi dung dịch có màu xanh nhạt trong suốt thì đun tiếp 15 phút nữa. lấy ra để nguội.
Chưng cất nito:
Thêm 40mL dung dịch NaOH 40% vào bình chưng cất, cho vài giọt chỉ thị phenolphtalein vào và dung dịch sẽ có màu hồng. Trong quá trình chưng cất, nếu dung dịch chuyển sang không màu thì tiếp tục cho thêm NaOH vào để dung dịch trong bình chưng cất luôn có màu hồng (nghĩa là NaOH luôn dư trong bình chưng cất).
Chuẩn bị bình hứng tam giác dung tích 250 mL có chứa 30 mL dung dịch acid boric 5 % đã có hỗn hợp chỉ thị (đuôi ống sinh hàn phải ngập trong dung dịch acid boric khoảng 2mm).
Tiến hành tách amoni bằng thiết bị chưng cất Kjeldahl, dung dịch trong bình hứng sẽ có màu xanh lục. Kết thúc quá trình chưng cất khi hết amoni (khi dung dịch ngưng khoảng 150 mL với lượng nitơ trong bình cất có dưới 100 mg N và 200 mL với lượng nitơ trong bình cất có nhiều hơn 100 mg N).
Chuẩn độ:
Dùng dung dịch HCl 0,2M để chuẩn độ lắc liên tục cho đến khi chuyển đột ngột từ xanh sang tím đỏ thì dừng.
Đồng thời tiến hành làm thí nghiệm mẫu trắng: tiến hành thí nghiệm hoàn toàn
theo các bước như trên.
Công thức tính Nito:
%N = (V1−V2)× N ×0.01401×100
m
Trong đó:
- V1: Thể tích dung dịch chuẩn độ tiêu chuẩn acid chlohydric dùng để chuẩn độ mẫu thử (mL)
- V2: Thể tích dung dịch chuẩn độ tiêu chuẩn acid chlohydric dùng để chuẩn độ mẫu trắng (mL)
- N: Nồng độ của dung dịch chuẩn độ tiêu chuẩn HCl (N) - m: Khối lượng mẫu thử đem phân tích (g)
- 0,01401: Mili đương lượng gam của nitơ (g)
Hình 2.11: Chuẩn độ Nito bằng dung dịch HCl 0,2N
Hình 2.12: Phá mẫu Hình 2.13: Chưng cất đạm
2.4.5. Xác định hàm lượng Cacbon
Xác định hàm lượng Cacbon bằng phương pháp Walkley-Black [11]
Pha hóa chất
- Dung dịch tiêu chuẩn kali dicromat (K2Cr2O7) M/6: Cân 49,040 K2Cr2O7 (đã sấy khô ở 105oC trong 2h, để nguội trong bình hút ẩm) cho vào cốc dung tích 1000ml, thêm 400ml 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
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ENZYME RÁC ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH Ủ TẠO PHÂN COMPOST
- Dung dịch muối Mohr [FeSO4(NH4)2SO4.6H2O] nồng độ khoảng 0,5 M: Cân 196g 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 quản kín trong lọ màu nâu ở 20oC, tránh xâm nhập của không khí.
- Dung dịch chỉ thị màu ferroin O. phenanthrolin: Cân 0,695g FeSO4.7H2O và 1,485g O.phenanthrolin monohydrat (C12H8N2.H2O), hòa tan trong 100 ml nước cất.
Tiến hành thí nghiệm
- Cân khoảng 0,1 g đến 0,2 g mẫu, cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250ml.
- Thêm 20ml dung dịch tiêu chuẩn K2Cr2O7 M/6
- Thêm nhanh 40ml H2SO4 đậm đặc từ ống đong, lắc nhẹ, trộn đều. - Đặt lên tấm cách nhiệt, để yên trong thời gian 30 phút.
- Thêm 100ml nước cất và 10ml H3PO4 85%, để nguội đến nhiệt độ trong phòng.
- Tiến hành đồng thời 2 mẫu trắng, cùng cách chuẩn bị như mẫu thử.
Chuẩn độ
Thêm 0,5ml chỉ thị màu ferroin O. phenaltrolin vào bình tam giác chứa mẫu đã
được vô cơ hóa, lúc này dung dịch trong bình có màu nâu đỏ. Chuẩn độ lượng dư
K2Cr2O7 M/6 bằng dung dịch muối Mohr 0,5 M, lúc mới chuẩn độ dung dịch sẽ chuyển dần sang màu xanh, quá trình chuẩn độ kết thúc khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang nâu đỏ. Chú ý, tại gần điểm kết thúc chuyển màu, phải nhỏ từ từ từng giọt dung dịch chuẩn và lắc đều cho đến khi chuyển màu đột ngột, nếu chuẩn độ quá dư, cho thêm 0,5ml dung dịch K2Cr2O7 M/6 và tiếp tục chuẩn độ một cách thận trọng, cộng thêm thể tích dung dịch K2Cr2O7
M/6 thêm vào thể tích dung dịch K2Cr2O7 M/6 đã sử dụng.
Công thức tính Cacbon:
%C= V ×(a−b)×3×100×100
a×75×1000×m
Trong đó:
- V : Thể tích dung dịch K2Cr2O7 sử dụng (ml);
- a : Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu trắng (ml); - b : Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu thử (ml); - m : Khối lượng mẫu đem phân tích, tính bằng gam (g); - 3 : Đương lượng gam của cacbon (g);
- 100/75: Hệ số quy đổi (do phương pháp này có khả năng oxy hóa 75% tổng lượng các bon hữu cơ).
Hình 2.14: Chuẩn độ Cacbon bằng dung dịch muối Mohr
2.5. Mục tiêu
Xác định được ảnh hưởng của enzyme rác đến hiệu quả quá trình ủ tạo phân Compost từ chất thải nhà bếp và rơm rạ bằng phương pháp ủ kị khí.
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ENZYME RÁC ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH Ủ TẠO PHÂN COMPOST
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.1. Kết quả đo pH
pH là chất chỉ thị cho chất lượng compost và là yếu tố xác định khả năng ứng dụng của compost, pH tác động đén hoạt động của vi sinh vật.
Kết quả đo pH trong quá trình ủ được biểu diễn qua các biểu đồ dưới đây:
N g à y 1 N g à y 2 N g à y 3 N g à y 4 N g à y 5 N g à y 6 N g à y 7 N g à y 1 0 1 3N g à y N g à y 1 6 N g à y 1 9 N g à y 2 2 2 7N g à y N g à y 3 0 N g à y 3 4 N g à y 3 7 N g à y 4 0 0 1 2 3 4 5 6 7 ph 200ml 250ml 300ml
Biểu đồ 1: Biểu diễn pH trong quá trình ủ
Nhìn sơ qua biểu đồ biểu diễu pH trong giai đoạn đầu (từ ngày 7- 14/4/2021) ta thấy được có sự chênh lệch nhưng không lớn, giá trị pH cao nhất (pH = 6.03) ở thùng ủ có tỷ lệ enzyme rác 250ml và giá trị pH thấp
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ENZYME RÁC ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH Ủ TẠO PHÂN COMPOST
chất thải chưa được phân hủy nhiều, nồng độ pH của rác bếp và rơm có nồng độ pH trung tính nhưng khi có enzyme rác có nồng độ pH có tính axit cao bổ sung trong quá trình ủ thì nồng độ pH trong đống ủ sẽ giảm thấp, vi sinh vật trong thùng ủ đang thích nghi với môi trường sống, các vi sinh bắt đầu hấp thụ các chất hữu cơ và thải ra các axit hữu cơ dẫn đến pH giảm thấp.
Giai đoạn tiếp theo ta thấy pH tăng hơn so với 7 ngày đầu tiên, giá trị pH dao động từ 5.22 đến 5.79, trong giai đoạn này vi sinh vật đang phát triển và phân hủy các hợp chất axit hữu cơ nên pH tăng nhanh. Giá trị pH cao nhất là ở thùng ủ có enzyme rác tỷ lệ 300ml và thấp nhất đối với thùng ủ có enzyme rác tỷ lệ 250ml.
Trong những ngày cuối (từ ngày 4-17/5/2021) ta thấy giá trị pH trong thùng ủ ở mức độ ổn định hơn so với gian đoạn vi sinh vật phân hủy các axit hữu cơ. Giá trị pH ở thùng có tỷ lệ enzyme rác 300ml là cao nhất (pH = 6.24), tiếp theo là thùng ủ có tỷ lệ enzyme rác 200ml (pH = 6.14) và thấp nhất ở thùng ủ có tỷ lệ enzyme rác 250ml (pH = 6.08). Vì vậy vi sinh vật ở giai đoạn này hấp thụ chất dinh dưỡng và phát triển ổn định đến khi trưởng thành.
Qua biểu đồ biểu diễn của pH trong thời gian ủ phân vừa qua thấy được pH ở các thùng ủ thay đổi liên tục, có sự tăng giảm rõ rệt. Nguyên nhân của sự tăng giảm này là do sự thay đổi của nhiệt độ (nhiệt độ tăng nên pH cũng tăng) trong quá trình ủ, do sự phân hủy của chất thải dưới tác dụng của enzyme và do enzyme rác có độ pH thấp được bổ sung thường xuyên trong quá trình ủ.
3.2. Kết quả nhiệt độ
Nhiệt độ là một chỉ tiêu nhật biết được sự hoạt động của vi sinh vật trong quá trình ủ phân compost và nhiệt độ cũng là yếu tố kiểm soát vi sinh vật gây bệnh.
Kết quả đo nhiệt độ trong quá trình ủ được biểu diễn qua các biểu đồ dưới đây:
N g à y 1 N g à y 2 N g à y 3 N g à y 4 N g à y 5 N g à y 6 N g à y 7 N g à y 1 0 N g à y 1 3 N g à y 1 6 N g à y 1 9 N g à y 2 2 N g à y 2 7 N g à y 3 0 N g à y 3 4 N g à y 3 7 N g à y 4 0 0 10 20 30 40 50 60 Nhiệt độ 200ml 250ml 300ml
Biểu đồ 2: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ quá trình ủ (oC)
Từ biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của quá trình ủ ta thấy được nhiệt độ tăng dần qua các ngày, nhiệt độ tăng cao nhất là 52.7oC ở thùng ủ có tỷ lệ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ENZYME RÁC ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH Ủ TẠO PHÂN COMPOST
thùng ủ có tỷ lệ 200ml vào ngày 7/4/2021. Tất cả các thùng đều tăng dần trong những ngày đầu và sau đó giảm nhẹ vào những ngày tiếp theo. Như vậy ta thấy rằng ở giai đoạn này nhiệt độ tăng nhanh là do quá trình lên men gây ra bởi sự gia tăng của vi sinh vật, nên ở giai đoạn này vi sinh vật hoạt động mạnh.
Ở giai đoạn 2 (từ ngày 17-29/4/2021) thì vi sinh vật đã thích nghi với môi trường sống. Vì vậy, ở giai đoạn này nhiệt độ cân bằng và bắt đầu giảm từ từ, nhiệt độ cao nhất là 49 oC thùng ủ có tỷ lệ enzyme rác là 300ml ở ngày 17/4/2021 và nhiệt độ thấp nhất là 35.8 oC ở thùng có tỷ lệ enzyme 300ml và ngày 29/4/2021. Ở giai đoạn này thì các vi sinh vật trong đống ủ hoạt động ở mức độ bình thường nên nhiệt độ của quá trình ủ giảm.