CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.5.MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH XỬ LÝ
Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG
Chế phẩm sinh học BIMA (có chứa Trichoderma sp.) của Trung Tâm Công nghệ Sinh học TP. Hồ Chí Minh, chế phẩm Vi-ĐK của Cơng ty thuốc sát trùng Việt Nam đang được nông dân TP. Hồ Chí Minh và khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long, Đông Nam Bộ sử dụng rộng rãi trong việc ủ phân chuồng bón cho cây trồng. Việc sử dụng chế phẩm sinh học này đã đẩy nhanh tốc độ ủ hoai phân chuồng từ 2 – 3 lần so với phương pháp thông thường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do mùi hôi thối của phân chuồng. Người nông dân lại tận dụng được nguồn phân tại chỗ, vừa đáp ứng được nhu 6 cầu ứng dụng tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng do tác dụng của nấm đối kháng Trichoderma có chứa trong trong phân. Các chế phẩm sinh học của Viện Sinh học nhiêt đới như BIO-F, chế phẩm sinh học chứa các vi sinh vật do nhóm phân lập và tuyển chọn: xạ khuẩn Streptomyces sp., nấm mốc Trichoderma sp. và vi khuẩn Bacillus sp… Những vi sinh vật trên trong chế phẩm
sinh học có tác dụng phân huỷ nhanh các hợp chất hữu cơ trong phân lợn, gà và bò (protein và cellulose), gây mất mùi hơi. Trước đó, chế phẩm sinh học BIO-F đã được sử dụng để sản xuất thành cơng phân bón hữu cơ vi sinh từ bùn đáy ao, vỏ cà phê và xử lý rác thải sinh hoạt.
Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, ngành Cơng nghệ Sinh học có vai trị rất quan trọng. Nhiều quy trình cơng nghệ xử lí ơ nhiễm mơi trường hiện tại được xây dựng trên cơ sở tham gia tích cực của vi sinh vật (VSV), bao gồm: xử lý rác thải, nước thải, phân hủy các chất độc hại, cải tạo và phục hồi môi trường. Hiện nay phương pháp sử dụng các chế phẩm VSV để xử lý chất thải rắn, rác thải sinh hoạt, xử lý bùn ao nuôi thuỷ sản, xử lý các phế thải rắn từ cơng nghiệp thực phẩm,... làm
phân bón nhằm tạo ra sản phẩm thân môi trường đã và đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Ở nước ta đã có nhiều cơng trình nghiên cứu, tuyển chọn, sản xuất các chế phẩm VSV sử dụng vào quá trình xử lý chất thải, trong đó phải kể đến các cơng trình nghiên cứu do TS Tăng Thị Chính cùng các cán bộ của Phịng Vi sinh vật mơi trường - Viện Công nghệ Môi trường – Viện KHCNVN thực hiện trong thời gian qua và đã đạt được các kết quả rất khả quan.
Trong nghiên cứu này, chế phẩm Biomix 1 (Micromix 3) đã được đưa vào thử nghiệm đầu tiên ở nhà Nhà máy Chế biến phế thải đơ thị Hà Nội (Cầu Diễn), sau đó ở Việt Trì và Thái Bình. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung chế phẩm Biomix 1 đã rút ngắn được thời gian xử lý phải thổi khí từ 45 ngày xuống cịn 30 ngày, tiết kiệm được 1/3 thời gian xử lý hiếu khí, tiết kiệm năng lượng, đặc biệt khơng có mùi hơi thối bốc lên.
Hiện nay, chế phẩm Biomix 1 đang được áp dụng tại nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt Việt Trì và Nhà máy xử lý rác Đồng Xồi của Cơng ty cổ phần đầu tư và phát triển công nghệ Môi trường Bình phước, tỉnh Bình Phước.
Các nhà khoa học Viện Công nghệ Môi trường đã tiến hành sử dụng chế phẩm Biomix 1 để xử lý rơm rạ và các chất thải hữu cơ khác như thân lá các loại rau, dưa, dây bí, lạc, phân gia súc, gia cầm,... để sản xuất phân bón hữu cơ. Kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian ủ được rút ngắn, không sinh mùi hôi thối, tiêu diệt được các vi sinh vật gây bệnh có trong chất thải và tạo ra nguồn phân bón hữu cơ sạch.
Năm 2007-2008, TS Tăng Thị Chính được Sở Khoa học và Cơng nghệ Vĩnh Phúc cấp kinh phí triển khai ứng dụng chế phẩm Biomix 1 vào xử lý phế thải nông nghiệp trên địa bàn 2 xã thuộc huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc. Hiện nay chế phẩm này đang được Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Vĩnh Phúc triển khai trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc.
Chế phẩm vi sinh Biomix 2 đã được áp dụng để xử nước chăn nuôi tại 02 trang trại nuôi lợn tập trung ở xã Liêm Tuyền - huyện Thanh Liêm - Hà Nam và nước thải làm bún, bánh đa tại các rãnh thoát nước tại xã Hợp Thịnh, huyện Tam
Dương, Vĩnh Phúc trong năm 2006, 2007, và đều cho kết quả rất tốt: giảm được mùi hôi thối, các chỉ tiêu ô nhiễm như COD, BOD, vi sinh vật gây bệnh giảm 5- 6 lần so với khi không sử dụng chế phẩm. Năm 2008, chế phẩm Biomix2 đã được sử dụng kết hợp với chế phẩm LHT100 của công ty Cổ phần Xanh để xử lý Hồ Văn của Hà Nội, cho hiệu quả xử lý tốt.
Năm 2009, Sở Khoa học và Công nghệ Vĩnh Phúc tiếp tục cấp kinh phí sử dụng chế phẩm Biomix 2 kết hợp với chế phẩm LTH100 của Công ty Cổ phần Xanh, Khu cơng nghệ Cao Láng Hồ Lạc để xử lý nước ao hồ bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và nước thải từ quá trình tái chế nhựa tại thôn Đông Mẫu, xã Yên Đồng, huyện Yên Lạc, Vĩnh Phúc. Sau 1 tháng xử lý, nước ao từ loại bị ô nhiễm nặng đã được làm sạch và đã đạt tiêu chuẩn nước mặt loại B (theo QCVN 08:2008/BTNMT).
Nước thải chế biến dứa có đặc tính là có ơ nhiễm hữu cơ cao và có độ pH thấp. Vì vậy, việc sử dụng hệ thống xử lý loại nước thải này bằng công nghệ bùn hoạt tính thơng thường khơng hiệu quả. Năm 2001, Cơng ty Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải chế biến dứa bằng cơng nghệ, nhưng nước thải sau q trình xử lý vẫn cịn độ ơ nhiễm rất lớn, nhà máy đã bị liệt vào danh sách các cơ sở sản xuất gây ô nhiễm nặng theo Nghị định 64/2003 QĐ-TTg cần phải xử lý.
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, MỤC TIÊU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Chế phẩm vi sinh vật
CPVSV sử dụng trong nghiên cứu này là sản phẩm được cung cấp bởi Phịng Sinh học mơi trường – Viện Mơi trường nông nghiệp – Viện Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Dưới đây là tóm tắt quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật được sử dụng trong nghiên cứu này:
- Tác giả: Lương Hữu Thành, Đào Văn Thông, Vũ Thúy Nga, Hứa Thị Sơn, Nguyễn Ngọc Quỳnh, Phạm Thị Thanh Huyền, Tống Hải Vân
- Nguồn gốc: Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý chất thải có nguồn gốc hữu cơ do Viện Môi trường Nông nghiệp – Viện KHNN Việt Nam thực hiện xây dựng, là kết quả tổng hợp từ các đề tài, dự án.
+ Đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải nhà máy chế biến tinh bột sắn” thuộc Chương trình Cơng nghệ Sinh học Nơng nghiệp,
thủy sản – Bộ Nông nghiệp và PTNT.
+ Dự án Sản xuất thử nghiệm: “Hồn thiện cơng nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu che phủ đất”thuộc Chương
trình Cơng nghệ Sinh học Nơng nghiệp, thủy sản – Bộ Nông nghiệp và PTNT. + Dự án Sản xuất thể nghiệm: “Hồn thiện cơng nghệ sản xuất và sử dụng chế
phẩm vi sinh vật xử lý phế thải chăn ni rắn làm phân bón hữu cơ sinh học qui mơ cơng nghiệp”thuộc Chương trình Cơng nghệ Sinh học Nông nghiệp, thủy sản – Bộ
Nông nghiệp và PTNT.
+ Dự án vốn vay ADB:“ Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh để chế biến
phế thải chăn ni làm phân bón hữu cơ sinh học tại các nơng hộ ở Quỳ Hợp tỉnh Nghệ An”.
- Đối tượng, phạm vi áp dụng: Quy trình được áp dụng cho cở sở sản xuất chế phẩm vi sinh vật có cơng suất 100 kg/đợt sản xuất.
+ Trang thiết bị, máy móc cần thiết: Hệ thống lên men xốp; nồi hấp khử
trùng, tủ sấy; tủ ấm, buồng cấy vô trùng, máy lắc ổn nhiệt, hệ thống lên men chìm; thiết bị phối trộn, đóng gói; bình, cốc thuỷ tinh, cốc định lượng, petri, ống nghiệm...
+Nguyên liệu: Được trình bày ở Bảng dưới đây.
Bảng 2. Nguyên vật liệu sử dụng để sản xuất 100kg chế phẩm VSV
TT Nguyên vật liệu Thông số kỹ thuật Số lƣợng
1 Bột mì Độ ẩm ≤ 20%, kích cỡ hạt ≤0,1mm 85 kg 2
Rỉ đường Đường khử ≥ 30%, hàm lượng chất khô ≥60% 5 kg 3
Cám gạo Độ ẩm ≤ 20%, kích cỡ hạt ≤ 0,1mm mùi thơm, không mốc 10 kg 4 Bao bì,nhãn mác Túi ni lon tối màu 100 chiếc
+ Chủng giống vi sinh vật: Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý chất thải hữu cơ bao gồm các chủng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa hợp chất hữu cơ giàu cacbon, phân giải photphat khó tan và nấm men. Tổ hợp nhóm vi sinh vật sử dụng trong sản xuất như sau:
Bảng 3. Tổ hợp vi sinh vật sử dụng trong sản xuất chế phẩm
TT Tên lồi vi sinh vật Hoạt tính sinh học chính
1. Streptomyces griseorubens Phân giải xenlulose, tinh bột
2. Bacillus polyfermenticus Phân giải photphat khó tan
3. Saccharomyces cerevisiae Lên men đường, khử mùi hơi
Trong q trình sử dụng các chủng vi sinh vật, việc đánh giá chất lượng các chủng vi sinh vật ln địi hỏi là một khâu chính của quy trình. Hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật sử dụng được đánh giá theo các phương pháp thí nghiệm thường qui đã được chuẩn hóa trong phịng thí nghiệm.
+ Thiết bị dụng cụ: Thiết bị lên men chìm cơng suất 30 lít/mẻ; thiết bị trộn thùng quay công suất 50kg/mẻ; thiết bị sấy tĩnh công suất 50kg/mẻ, nhiệt độ 20÷1000
- Sơ đồ quy trình cơng nghệ
Tóm tắt quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh sử dụng trong nghiên cứu này đươc trình bày tại sơ đồ dưới đây:
Hình 3. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh
Kiểm tra hoạt tính Kiểm tra hoạt tính Kiểm tra hoạt tính
Nhân giống cấp I Nhân giống cấp I Nhân giống cấp I
Nhân giống cấp II Nhân giống cấp II Nhân giống cấp II
Xử lý sinh khối Xử lý sinh khối Xử lý sinh khối
Chất mang Xử lý chất mang Phối trộn
Kiểm tra chất lượng
Bao gói
Chế phẩm VSV xử lý chất hữu cơ
Giống gốc VSV phân giải
xenluloza , tinh bột Giống gốc VSV phân giải photphat khó tan
Giống gốc chủng nấm men
+ Các bước tiến hành:
Bước 1: Nhân sinh khối vi sinh vật
Sinh khối VSV được nhân theo 2 cấp:
Lên men cấp 1: Vi sinh vật được pha chế theo các thành phần đã cho, phân vào các bình tam giác và khử trùng ở 121oC trong 20 phút. Sau khi khử trùng môi trường được để nguội đến 30oC 35oC và cấy vi sinh vật từ các ống giống gốc. Thao tác này được thực hiện trong điều kiện vô trùng. Nuôi vi sinh vật ở điều kiện nhiệt độ và thời gian thích hợp với từng loại vi sinh vật.
Nhân sinh khối cấp 2: Sinh khối vi sinh vật từ lên men cấp 1 được chuyển sang các bình tam giác có thể tích lớn hơn, hoặc trên các thiết bị lên men chìm có chứa mơi trường nhân sinh khối đã khử trùng. Nuôi vi sinh vật ở trên các thiết bị lên men với các thông số kỹ thuật phù hợp.
Môi trường và thời gian lên men cấp 1 và cấp 2 các chủng vi sinh vật của chế phẩm được trình bày tại Bảng dưới đây:
Bảng 4. Mơi trường và thời gian lên men cấp 1 và cấp 2 các chủng vi sinh vật
Tên vi sinh vật Môi trƣờng lên
men cấp 1
Môi trƣờng lên men cấp 2
Thời gian lên men (h)
Streptomyces
griseorubens Gauze SX1 72
Bacillus polyfermenticus King B SX1 48
Saccharomyces cerevisiae Hansen SX2 48
Thơng số kỹ thuật thích hợp cho quá trình nhân sinh khối cấp 2 các chủng vi sinh vật của chế phẩm được trình bày tại Bảng dưới đây:
Bảng 5. Thơng số kỹ thuật thích hợp cho q trình nhân sinh khối cấp 2 các chủng vi sinh vật Thông số kỹ thuật Chủng vi sinh vật Streptomyces griseorubens Bacillus polyfermenticus Saccharomyce s cerevisiae pH 7,5 6,5 7,0
Nhiệt độ lên men (oC) 36±2 28±2 28±2 Thời gian nhân sinh khối
(giờ) 72 48 48
Tỷ lệ giống gốc (%) 3 3 3
Môi trường nhân sinh khối* SX1 SX1 SX2 Tốc độ cánh khuấy (vòng/ph út) 0 giờ - 6 giờ 220 220 220 6 giờ - 12 giờ 300 300 300 12h giờ - kết thúc 350 350 350 Lưu lượng cấp khí (dm3 khơng khí/dm3 mơi trường/giờ) 0,7 0,65 0,7
Bước 2: Chuẩn bị chất mang
- Chất mang chính sử dụng trong qui trình sản xuất này là bột mì, sử dụng vơi bột để điều chỉnh nguyên liệu về pH trung tính và khử trùng bằng hơi nóng khơ ở nhiệt độ 121oC trong thời gian ≥ 1giờ;
Bước 3: Phối trộn
Nguyên liệu bột mì sau khi khử trùng được trộn đều với rỉ đường và cám theo đúng định mức bằng thiết bị trộn. Hiệu lực của chế phẩm phụ thuộc vào mật độ và mức độ tương hỗ của các chủng vi sinh vật trong hỗn hợp. Để đảm bảo chất lượng theo yêu cầu trên cơ sở phù hợp về số lượng các nhóm vi sinh vật trong chế phẩm cần tính tốn sao cho tỷ lệ các chủng vi sinh trong hỗn hợp theo tỷ lệ vi sinh vật/chất mang là 10/100.
Phối trộn sinh khối vi sinh vật với chất mang trên thiết bị trộn thùng quay hoặc thiết bị trộn vít tải sản phẩm tạo ra cần đạt độ đồng đều về quần thể vi sinh vật cũng như về mặt vật lý.
Bước 4: Xử lý tạo chế phẩm vi sinh vật
Hỗn hợp sau phối trộn được đưa vào hệ thống sấy ở nhiệt độ thấp (không vượt quá 40oC) để tiếp tục loại bỏ nước tự do. Độ ẩm cuối cùng của sản phẩm cần đạt 20-
Bước 5: Kiểm tra chất lượng
Sản phẩm cuối cùng của qui trình sản xuất cũng như các sản phẩm tạo ra trong từng cơng đoạn của qui trình đều phải được kiểm tra đánh giá chất lượng về các chỉ tiêu mật độ vi sinh vật lựa chọn và mức độ tạp nhiễm.
Yêu cầu chất lượng đối với chế phẩm VSV xử lý phế thải nguyên liệu hữu cơ được trình bày trong Bảng dưới đây:
Bảng 6. Yêu cầu chất lượng đối với chế phẩm VSV xử lý phế thải nguyên liệu hữu cơ
Nhóm vi sinh vật
Mật độ vi sinh vật (CFU/g) sau thời gian bảo quản
1 tháng 2 tháng 3 tháng Hoạt tính sinh học sau 3 tháng bảo quản (đường kính vịng phân giải= D- d)
Phân giải xenluloza, tinh
bột ≥ 108 ≥108 ≥108 35 mm Phân giải photphat khó
tan ≥ 108 ≥108 ≥108 21 mm Nấm men ≥108 ≥108 ≥108 -
2.1.2. Nguyên liệu ủ
- Phân gấu được lấy từ Trung tâm cứu hộ gấu Việt Nam – Vườn Quốc Gia Tam Đảo.
- Bã nấm được sử dụng trong nghiên cứu để làm chất độn cho xử lý phân gấu, được lấy từ các cơ sở trồng nấm lân cận.
- Các nguyên liệu để điều chỉnh độ pH và dinh dưỡng cho đống ủ khác như vơi bột, rỉ đường, lân... có thể mua được dễ dàng trên thị trường.
- Chế phẩm vi sinh vật: Được cung cấp bởi Viện Môi trường nông nghiệp.
2.1.3. Cây trồng
Cây cải ngọt Tosankan là thực vật có hai lá mầm, có chu kỳ sinh trưởng ngắn (khoảng 40 ngày). Cây có giá trị về mặt dinh dưỡng cao. Cây cải ngọt phát triển tốt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa của Việt Nam và có thể trồng quanh năm.
2.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này có 2 mục tiêu chính:
Mục tiêu 1: Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm vi sinh để xử lý chất thải của gấu tại Trung tâm cứu hộ gấu Việt Nam – Vườn Quốc Gia Tam Đảo.
Mục tiêu 2: Nghiên cứu khả năng tái sử dụng chất thải (phế thải sau xử lý) cho