vòng 60 giờ để đạt độ ẩm 8 – 9%. Sau khi sấy thì hỗn hợp các chế phẩm được cho trong túi polyethylene dán kín và bảo quản ở nhiệt độ thường [23].
Kết quả xác định mật độ vi sinh vật trong các chất mang cho thấy mật độ tế bào vi sinh vật trên các chất mang là khác nhau (bảng 3.3).
Bảng 3.3: Mật độ của vi sinh vật trên chất mang Chất Chất
mang
Tỉ lệ VSV : CM
Mật độ tế bào (x109 CFU/g) 0 ngày 23 ngày 30 ngày
Than Bùn 1:1 1,05 0,6 0,6 1:2 4,6 2,2 1,7 1:3 39,4 1,0 0,8 Trấu xay 1:1 2,2 1,4 1,3 1:2 4,2 3,2 1,5 1:3 3,4 3,1 3,4 Cám gạo 1:1 3,6 0,6 0,4 1:2 6,0 6,0 3,8 1:3 2,0 1,0 0,8
Mật độ tế bào ở bảng 3.3 cho thấy các loại chất mang được sử dụng đều phù hợp cho vi sinh vật đạt ở mức từ 108 – 109 CFU/g ở thời điểm ban đầu, kể cả sau 30 ngày thì đều đạt trên mức 108 CFU/g [43] và sẵn sàng để sử dụng sản xuất chế phẩm.
Vì cả 03 chất mang đều đạt các tiêu chuẩn về kỹ thuật để lựa chọn nên ta sẽ dựa trên các tiêu chí khác về giá thành và khả năng bảo quản để tiến hành chọn chất mang phù hợp.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Bảng 3.4: Tiêu chí khác so sánh chất mang
Chất mang
Giá thành tại
thời điểm mua Khả năng bảo quản
Khối lượng sau khi sấy 130°C
trong 3h
Than Bùn
20.000
VNĐ/1kg Bảo quản ở nhiệt độ thường Giảm 40% so với ban đầu
Trấu xay 1.000 VNĐ/1kg Bảo quản ở nhiệt độ
thường Ít thay đổi
Cám gạo 8.000 VNĐ/1kg mốc, mọt gạo và vón Dễ xuất hiện ẩm cục
Giảm 10% so với ban đầu
Dựa vào các tiêu chí phụ ta thấy trấu xay là chất mang có giá thành rẻ nhất. Than bùn và trấu xay đều là chất mang dễ bảo quản nhưng với kết quả khối lượng giảm lớn sau khi tiến hành sấy 130°C thì khối lượng than bùn giảm đến 40% so với khối lượng ban đầu. Cám gạo thì khối lượng chỉ giảm 10% so với ban đầu sau quá trình sấy và giá thành chỉ 8.000 đồng/kg nhưng lại khó bảo quản bởi dễ vón cục và xuất hiện mọt gạo. Dựa trên những tiêu chỉ phụ nêu ở bảng 3.4 thì đề tài lựa chọn trấu xay là chất mang sẽ sử dụng để tiếp tục nghiên cứu.
3.1.3. Nghiên cứu xác định tỉ lệ phối trộn giữa các chủng vi sinh vật và giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang vi sinh vật với chất mang
3.1.3.1. Tỉ lệ phối trộn giữa các chủng vi sinh vật
Tỉ lệ giữa các chủng vi sinh vật được sắp xếp theo thứ tự CT1:CT10:R35.
Từ kết quả được trình bày trong bảng 3.5 cho thấy, vì chất mang được sử dụng là chất trơ, nên sẽ không tránh khỏi việc suy giảm mật độ tế bào và các tỉ lệ phối trộn dịch sinh khối ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của chúng trên chất mang trấu xay.
Đối với tỉ lệ 1:1:1 ở thời điểm ban đầu và ngày thứ 30 kết quả mật độ thu được là 2,2x109 CFU/g và 1,3x109 CFU/g, ở tỉ lệ 1:2:1 là 5,7x109 CFU/g và 3,2x109 CFU/g và tỉ lệ 2:1:1 là 4,1x109 CFU/g và 2,4x109 CFU/g đều giảm so với ban đầu. Riêng chỉ có tỉ lệ 1:1:2 là tăng mật độ tế bào so với ban đầu nhưng kết quả thu được thấp nhất tại thời điểm ban đầu và thấp nhì tại thời điểm 30 ngày. Các tỉ lệ phối trộn sau 30 ngày đều thu được kết quả tốt ( 108 CFU/g).
Và lựa chọn của đề tài cho tỉ lệ có mật độ tế bào lớn nhất giữa các chủng vi sinh vật nên tỉ lệ 1:2:1 sẽ được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo, bởi kết quả ở tỉ lệ 1:2:1 (CT1:CT10:R35) tại thời điểm ban đầu là 5,7x109 CFU/g và ở ngày thứ 23 là 6x109
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
CFU/g và ở ngày thứ 30 là 3,2x109 CFU/g lớn nhất trong các tỉ lệ tiến hành phối trộn.
Bảng 3.5: Tỉ lệ phối trộn giữa các chủng vi sinh vật
Tỉ lệ giữa các chủng vi sinh vật
Mật độ tế bào (x109 CFU/g) 0 ngày 23 ngày 30 ngày
1:1:1 2,2 1,4 1,3
1:1:2 1,0 1,0 1,8
1:2:1 5,7 6,0 3,2
2:1:1 4,1 2,5 2,4
3.1.3.2. Tỉ lệ phối trộn giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang
Tỉ lệ phối trộn giữa dịch sinh khối với chất mang ảnh hưởng tới mật độ vi sinh sống trong chế phẩm. Nếu tỉ lệ thấp, mật độ vi sinh sẽ không đảm bảo nhưng với tỉ lệ quá cao sẽ kéo dài thời gian sấy và gây lãng phí. Để đảm bảo mật độ vi sinh và tiết kiệm chi phí, đề tài đã tiến hành phối trộn sinh khối hỗn hợp các vi sinh vật với chất mang theo tỉ lệ thay đổi, sau sấy ở 40°C đạt độ ẩm 8% – 9%.
Bảng 3.6: Tỉ lệ phối trộn giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang
Tỉ lệ VSV : CM
Mật độ tế bào (x109 CFU/g) Thời gian sấy
(giờ) 0 ngày 23 ngày 30 ngày
1:1 2,2 1,4 1,3 84
1:2 9,3 5,9 1,9 60
1:3 2,0 6 4,5 44
Theo kết quả thu được từ bảng 3.6, thì các tỉ lệ phối trộn có ảnh hưởng khác nhau đến khả năng tồn tại của VSV trên nền chất mang trấu xay, và kết quả ở các tỉ lệ phối trộn đều thu được kết quả ≥ 109 CFU/g. Sau 30 ngày bảo quản thì mật độ đã có sự thay đổi lớn, sự suy giảm mật độ ở tỉ lệ 1:1 tại thời điểm ban đầu và sau 30 ngày lần lượt là 2,2x109 CFU/g và 1,3x109 CFU/g, đối với tỉ lệ 1:2 là 9,3x109 CFU/g và 1,9x109 CFU/g và tỉ lệ ở tỉ lệ 1:3 thì có sự tăng mật độ tế bào khi ở thời điểm ban đầu là 2x109 CFU/g và sau 30 ngày là 4,5x109 CFU/g và vì chất mang là chất trơ nên việc gia tăng mật độ tế bào là điều khó xảy ra.
Để đảm bảo tính ổn định, và sau thời gian sấy 40°C thì chế phẩm sẽ được sử dụng trực tiếp cho quá trình ủ phân hữu cơ nên đề tài sẽ lựa chọn tỉ lệ phối trộn giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang là tỉ lệ 1:2.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
3.1.4. Xác định chất lượng và thời gian bảo quản chế phẩm vi sinh vật
Chế phẩm sau khi tạo thành được bảo quản trong túi polyetylen tráng thiếc, bảo quản ở nhiệt độ thường. Khi tiến hành xác định mật độ vi sinh của chế phẩm sau thời gian bảo quản 15, 30, 45 và 60 ngày trong túi polyetylen, kết quả sau khi xác định mật độ được thể hiện ở bảng 3.7 đều đạt tiêu chuẩn kỹ thuật (≥ 108 CFU/g). Có xuất hiện sự suy giảm mật độ trong thời gian bảo quản, nhưng mật độ tế bào vẫn trên 108 CFU/g. [37].
Bảng 3.7: Mật độ tế bào trong thời gian bảo quản
Chất mang Tỉ lệ giữa các chủng VSV Tỉ lệ VSV : CM Mật độ tế bào (x108 CFU/g)
0 ngày 15 ngày 30 ngày 45 ngày 60 ngày
Trấu
xay 1:2:1 1:2 146,0 89,8 60,6 46,6 36,3
Hình 3.2: Chế phẩm được bảo quản trong túi polyetylen
3.1.5. Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật
Sau các kết quả thu được từ các nghiên cứu ở trên, đề tài xây dựng nên một quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật, các bước thực hiện của quy trình được thể hiện ở hình 3.3.
Từ 03 chủng Bacillus, thơng qua q trình khảo sát động thái sinh trưởng, ảnh hưởng của nhiệt độ và pH của các chủng. Ta xây dựng nên được quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật để ứng dụng xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ thành phân bón hữu cơ.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Hình 3.3: Sơ đồ quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật
Các bước tiến hành:
Bước 1: Cấy truyền giống gốc sang môi trường các ống nghiệm thạch nghiêng để thu được ống giống cấp 1, ủ trong tủ ấm 32°C trong 48 giờ. Thao tác thực hiện trong tủ cấy vô trùng.
Bước 2: Sấy chất mang ở nhiệt độ 130°C trong 3 giờ. Bảo quản trong tủ cách ẩm trong thời gian chờ hỗn hợp dịch sinh khối vi khuẩn.
Bước 3: Lên men thu sinh khối trong môi trường dịch thể NA, từ ống nghiệm thạch nghiêng ta tiến hành thu và cấy dịch vi khuẩn sang môi trường dịch thể NA ở pH=7, ni trên máy lắc 150 vịng/phút trong 48 giờ ở nhiệt độ thường.
Bước 4: Phối trộn dịch thể NA chứa các chủng vi sinh vật theo tỉ lệ 1:2:1 (CT1:CT10:R35).
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
đó sấy ở 40°C trong 60 giờ.
Bước 6: Sau quá trình sấy 60 giờ. Thu được chế phẩm vi sinh vật, bảo quản trong túi polyetylen ở nhiệt độ thường.
3.1.6. So sánh chế phẩm nổi bật trên thị trường.
Chế phẩm mà đề tài nghiên cứu sản xuất được là chế phẩm dạng bột, nên sẽ tiến hành so sánh với các chế phẩm dạng bột EMIC, Emuniv và S.EM.
Tiêu chí so sánh là mật độ tế bào vi sinh vật.
Bảng 3.8: Mật độ tế bào của các chế phẩm dạng bột
Tên chế phẩm dạng bột Kết quả mật độ tế bào (CFU/g) TCVN 7304-1:2003 (CFU/g) So sánh với TCVN 7304- 1:2003 Chế phẩm từ đề tài 36,3x 108 1x108 Đạt Chế phẩm EMIC ≥ 108 1x108 Đạt Chế phẩm Emuniv ≥ 108 1x108 Đạt Chế phẩm S.EM ≥ 108 1x108 Đạt
Dựa trên kết quả từ bảng 3.8, ta thấy chế phẩm vi sinh vật được sản xuất từ đề tài nghiên cứu so sánh với các chế phẩm dạng bột nổi bật trên thị trường thì đều đảm bảo mật độ tế bào ≥ 108 CFU/g và đạt TCVN 7304-1:2003 [43].
3.2. Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu để xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học
3.2.1. Xây dựng quy trình ủ phân
CTRSH hữu cơ được lựa chọn để tiến hành ủ phân là CTRSH hữu cơ dễ phân huỷ được lấy từ trạm trung chuyển khu vực Thuận Phước (dưới chân cầu Thuận Phước).
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Hình 3.4: Quy trình tiến hành ủ phân
Hình 3.5: Lựa chọn chất thải rắn hữu cơ tại Thuận Phước
Vị trí ủ phân: Tại trung tâm cơng nghệ sinh học Đà Nẵng Các bước thực hiện ủ phân sau khi tạo ra chế phẩm: Bước 1: Phối trộn
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
Chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ dễ phân hủy 20kg được băm nhỏ đạt kích thước từ 3-5cm.
Chia vào thùng xốp có kích thước 38x35x25cm (DxRxC) mỗi thùng chứa 5kg. Sau đó cho 150 g phân lân và 100 g phân vôi vào mỗi thùng, trộn đều. Đối với mẫu I (đối chứng) không bổ sung chế phẩm, đối với mẫu II, mẫu III, mẫu IV tiến hành bổ sung chế phẩm với tỉ lệ lần lượt 2% (100 g), 5% (250 g) và 10% (500 g)
Bước 2: Đảo trộn và kiểm tra độ ẩm
Tiến hành đảo trộn đều khối ủ, sau đó tiến hành kiểm tra độ ẩm bằng phương pháp đo nhanh, đến khi độ ẩm đạt 50 – 60%.
Bước 3: Che phủ khối ủ
Sau khi trộn đều, tiến hành đo các thông số nhiệt độ, chiều cao khối ủ. Sau đó, che đậy thùng bằng nắp thùng, để nơi khơ ráo thống mát, tránh trời mưa.
Bước 4: Ủ và kiểm tra các thông số
Lần lượt kiểm tra độ ẩm và chiều cao, 3 ngày tiến hành kiểm tra nhiệt độ và ghi chép các thông số độ ẩm, nhiệt độ, chiều cao, pH và đánh giá cảm quan của mỗi cơng thức thí nghiệm.
Ở ngày thứ 28, 29, 30 tiến hành đo thơng số nhiệt độ để kiểm tra độ chín (hoại mục) của các công thức ủ. Đồng thời lấy mẫu để tiến hành phân tích chỉ số OC, tổng N và P2O5.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Hình 3.7: Các thùng ủ sau khi bổ sung chế phẩm
3.2.2. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân và chất lượng sản phẩm phân ủ phân ủ
3.2.2.1. Tính chất cảm quan của phân ủ
Tất cả các mẫu ủ đã bị thay đổi về thành phần cơ giới, màu và mùi so với thời điểm ban đầu. Sự thay đổi về thành phần cơ giới trong các mẫu ủ là như nhau ở các thời gian từ 0 – 7 ngày và về sau thì xuất hiện sự khác nhau do thành phần chế phẩm bổ sung vào các mẫu là khác nhau.
Cụ thể thì mẫu ủ bổ sung chế phẩm có sự khác biệt rõ rệt về mùi khi tiến hành kiểm tra đánh giá cảm quan, điều đó khẳng định sự hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật bổ sung vào trong quá trình ủ phân.
Bảng 3.9: Tính chất cảm quan của phân ủ
Chỉ tiêu
đánh giá Mẫu ủ
Thời gian đánh giá
Ngày 0 - 7 Ngày 8-15 Ngày 16-23 Ngày 24-30
Màu sắc
I Màu nâu Màu nâu đen Màu nâu đen Màu xám đen xẫm
II Màu nâu Màu nâu đen Màu nâu đen Màu xám đen xẫm
III Màu nâu Màu nâu xẫm Màu nâu đen Màu nâu đen
IV Màu nâu Màu nâu xẫm Màu nâu đen Màu nâu đen
Mùi
I Chua Hôi Nồng Hôi Nồng Hôi
II Chua Hôi Nồng Hôi Nồng Hôi
III Chua nhẹ Hôi Hôi nhẹ Hôi nhẹ
IV Chua nhẹ Hôi nhẹ Hôi nhẹ Hôi nhẹ
Thành phần
I Tơi xốp Mủn Mủn Mủn
II Tơi xốp Mủn Mủn Mủn
III Tơi xốp Tơi xốp Mủn tơi Mủn tơi
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Hình 3.8: Các mẫu ủ tại thời điểm ngày thứ 30
3.2.2.2. Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ phân
Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng cần phải theo dõi trong quá trình ủ phân bởi vì nó ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật trong q trình ủ phân, đồng thời nó cịn là yếu tố kiểm sốt vi sinh vật gây bệnh.
Kết quả ghi nhận trong quá trình ủ phân được thể hiện qua hình 3.9, có thể thấy nhiệt độ tăng nhanh trong 03 ngày đầu tiên, ngưỡng cao nhất là 52,6°C ở mẫu IV và 50,2°C ở mẫu III. Đây là 2 mẫu được bổ sung chế phẩm vi sinh nhiều nhất với mẫu III là 250g/5kg (5%) và mẫu IV là 500g/5kg (10%). Mẫu I và II là những mẫu khơng bổ sung và bổ sung ít nên sự hoạt động của vi sinh vật là yếu hơn. Và phải kể đến yếu tố nhiệt độ bên ngồi cũng ảnh hưởng ít nhiều đến sự hoạt động của các mẫu ủ khi nhiệt độ bên ngồi thất thường, có thời điểm mưa dài ngày và thời điểm nắng gắt đã ảnh hưởng đến quá trình sinh nhiệt của các mẫu ủ.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Hình 3.9: Đồ thị sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ phân
Theo kết quả thu được từ hình 3.10, có thể thấy được nhiệt độ trong đống ủ được chia làm 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn tăng nhiệt: Thơng thường, trong thời gian 1 – 3 ngày là giai đoạn mà các VSV trong chế phẩm bắt đầu thích nghi với mơi trường, nhưng theo kết quả thu được thì nhiệt độ tăng cao, điều đó cho thấy sự hợp lý vì 03 chủng VSV mà đề tài sử dụng để sản xuất chế phẩm đều được phân lập tại thành phố Đà Nẵng, nên 03 chủng VSV đã thích nghi tốt với mơi trường ủ, khiến cho giai đoạn hiếu nhiệt xảy ra ngay tại thời điểm bắt đầu. Nhiệt độ giai đoạn này của các mẫu ủ tăng cao từ 29°C và đạt ngưỡng nhiệt cao nhất 44,9°C, 41,9°C, 50,2°C và 52,6°C (thứ tự lần lượt mẫu I, mẫu II, mẫu III và mẫu IV) trong cả quá trình ủ. Ở giai đoạn này, các tác nhân vi sinh vật bổ sung vào đã thúc đẩy quá trình phân huỷ diễn ra và q trình này giải phóng năng lượng làm nhiệt độ