Phương pháp này có nhiều ưu điểm để khiến cho nó nổi bật trên tồn thế giới như dễ thực hiện, khơng gây mùi, ít tốn diện tích, thời gian ủ ngắn và sản phẩm từ thùng ủ có thể dùng bón cây trực tiếp.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Hình 1.14: Phương pháp thực hiện ủ Bokashi
Nhiều quốc gia trên thế giới đang áp dụng chế phẩm vi sinh để xử lý chất thải, lợi ích từ việc sử dụng chế phẩm vi sinh để xử lý mang đến nguồn lợi lớn cho môi trường, vừa giảm thiểu ô nhiễm vừa tái sử dụng chất thải, giảm thiểu chi phí cần có để xử lý.
1.4.2. Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ tại Việt Nam
Xử lý chất thải bằng biện pháp sinh học là quá trình phân giải hữu cơ trong tự nhiên: quá trình tự làm sạch. Muốn thúc đẩy nhanh q trình phân hủy, ngồi việc tăng cường các điều kiện lên men, cần phải bổ sung các chủng vi sinh vật phù hợp và phân hủy mạnh nguồn các chất cần xử lý.
Trong nhiều năm qua, những nhà khoa học tại Việt Nam đã đưa ra nhiều nghiên cứu lựa chọn và áp dụng vào xử lý chất thải hữu cơ.
Tác giả Vũ Thuý Nga và các cộng sự (2011) đã tuyển chọn được 05 chủng giống vi sinh vật bản địa gồm Streptomyces griseosporeus, Streptomyces rochei, Bacillus subtillis, Lactobacillus farraginis, Saccharomyces cerevisiae từ phế thải chăn nuôi tại Quỳ Hợp, Nghệ An từ đó tạo ra chế phẩm vi sinh xử lý phế thải chăn nuôi thành phân bón hữu cơ sinh học và xây dựng được 05 mơ hình ủ phân trên cây lúa, ngơ, lạc, đậu tương và rau tại Quỳ Hợp [21].
Trong năm 2016, Ngô Thị Tường Châu cùng cộng sự (2016) bằng việc sử dụng môi trường nuôi cấy làm giàu và các loại mơi trường phân lập thích hợp, đã phân lập được 78 chủng vi khuẩn, 73 chủng xạ khuẩn và 53 chủng nấm mốc ưa nhiệt từ bùn thải nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế. Tiến hành đánh giá hoạt lực phân hủy
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
chất hữu cơ bằng phương pháp khuếch tán enzyme, đã tuyển chọn được các chủng vi khuẩn V18, chủng xạ khuẩn X38 và chủng nấm mốc N37 từ các chủng được phân lập. Các chủng này đã khơng thể hiện đặc tính đối kháng lẫn nhau. Dựa vào đặc điểm hình thái và phân tích trình tự 16S rRNA (hoặc 28S rRNA) đã xác định được các chủng V18, X38 và N37 lần lượt thuộc các loài Bacillus subtilis, Aspergillus fumigatus và Streptomyces glaucescens. So với đối chứng và các cơng thức thí nghiệm
khác, cơng thức CT8 với việc sử dụng tất cả các chủng được tuyển chọn đã nâng cao đáng kể hiệu quả phân hủy sinh khối bùn thải nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế với độ giảm khối lượng, thể tích và cellulose lần lượt là 19,73; 33,75 và 29,33%. Vì vậy tập hợp giống vi sinh vật ưa nhiệt này có thể được xem xét sử dụng trong sản xuất phân bón hữu cơ từ bùn thải nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế nói riêng và bùn thải hữu cơ nói chung [22].
Nguyễn Thị Hằng Nga và cộng sự (2016) đã nghiên cứu sản xuất thành công chế phẩm vi sinh vật từ phế thải trong quá trình chế biến tinh bột để làm phân hữu cơ sinh học, chế phẩm sử dụng than bùn là chất mang và đạt yêu cầu chất lượng theo TCVN 6168-2002 với mật độ tế bào 108 CFU/g và đảm bảo chất lượng sau 3 tháng bảo quản [23].
Từ mẫu nước thải tại nhà máy giấy, Vũ Thị Dinh cùng cộng sự (2017) đã phân lập được 11 chủng vi sinh có khả năng phân giải cellulose, và trong đó lựa ra được chủng tối ưu nhất là Bacillus subtillis và bắt đầu áp dụng để xử lý nước thải nhà máy giấy. Với quy mơ phịng thí nghiệm thì hiệu quả thu được từ việc áp dụng chủng Bacillus subtillis là khá cao với hiệu suất COD đạt 84,3% sau 09 ngày xử lý [24].
Lê Thị Loan và Cao Ngọc Điệp (2019) đã phân lập được chủng vi khuẩn Bacillus
subtillis từ một cơ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho ở Tiền Giang và ứng dụng vào xử lý nước
thải tại đó. Ứng dụng vi khuẩn này trong xử lý nước thải cơ sở sản xuất bún đã làm giảm các chỉ số BOD5, TSS, chỉ số N tổng, P tổng và hàm lượng ammonium lần lượt là 17,76%, 11,26%, 21,87%, 21,67% và 36,61% so với chỉ số ban đầu. Chỉ tiêu tổng chất rắn lơ lửng và hàm lượng amoni đạt tiêu chuẩn A của QCVN:40-2011/BTNMT [25].
Tại Khánh Hồ, tác giả Lê Đặng Cơng Toại (2020) đã giới thiệu một quy trình kỹ thuật ủ phân hữu cơ mới với nguyên liệu là phụ phẩm thu hoạch trong nông nghiệp kết hợp chế phẩm sinh học Fito- Biomix RR. Các kết quả đạt được có độ chính xác cao, hiệu quả, dễ thực hiện và có khả năng nhân rộng lớn [26].
Tác giả Đặng Quang Hải (2020) đã phân lập và tuyển chọn từ nước thải nhà máy sản xuất cồn được 03 chủng vi khuẩn có hoạt tính amylase, cellulose và protease cao. Thực
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
nghiệm q trình tạo bùn hoạt tính từ các chủng đã tuyển chọn với thời gian nhân giống trong bình tam giác 250ml khoảng 36 giờ, nhân giống trong bể lớn hơn để tạo đủ lượng bùn hoạt tính đưa vào xử lý khoảng 48 giờ cho mỗi cấp nhân giống. Kết quả đã cho thấy nước thải sản xuất cồn có hàm lượng hữu cơ cao (COD 2840 – 4123 mg/l) bằng phương pháp hiếu khí với hàm lượng bùn hoạt tính bổ sung 30% đã cho hiệu suất xử lý khá cao 84,46% trong khi đó thì trường hợp khơng bổ sung bùn hoạt tính chỉ đạt 63,72% [27].
Trong hội thảo khoa học Ứng dụng CNSH trong xử lý môi trường diễn ra tại Hà Nội, PGS.TS Tăng Thị Chính - Viện Cơng nghệ Mơi trường - Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam cho biết hiện nay chúng ta đang áp dụng công nghệ vi sinh trong xử lý chất thải. Một trong những xu hướng phát triển hiện nay là tạo ra các chế phẩm vi sinh vật hay nói cách khác là tuyển chọn những vi sinh vật có đặc tính tốt hơn, dễ dàng thích nghi với mơi trường.
Trên thực tế thì việc ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ vẫn còn khá mới mẻ đối với người Việt Nam, người dân đã nghe đến những loại chế phẩm được ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ sản, trồng trọt, xử lý nước thải từ lâu nhờ vào ưu điểm và hiệu quả nổi trội mà chế phẩm vi sinh vật mang lại nhưng việc áp dụng vào xử lý chất thải hữu cơ thì ít người hiểu rõ và chế phẩm nào thì phù hợp. Do thực tế hiện nay thì rác thải tại các khu đô thị và nông thôn phần lớn chưa qua phân loại và được thu gom, xử lý, nên việc áp dụng chế phẩm vi sinh vật vào xử lý chất thải hữu cơ chỉ xuất hiện tại các nhà máy có nguồn cung về chất thải hữu cơ cịn hộ gia đình, cá nhân nếu muốn thực hiện thì lại vướng vào vấn đề khơng có đủ chất thải hữu cơ để có thể thực hiện xử lý làm phân bón hữu cơ sinh học.
Một vài nhà máy điển hình trên khắp cả nước đang sử dụng chế phẩm vi sinh vật áp dụng vào xử lý rác thải hữu cơ:
Nhà máy chế biến rác thải hữu cơ Cầu Diễn – Hà Nội: ủ bằng phương pháp sinh học hiếu khí, phối trộn với phân bùn và có sử dụng chế phẩm EM và Enchoice.
Nhà máy xử lý rác thải Lộc Hoà – Nam Định: Sử dụng phương pháp ủ hiếu khí theo luống, sử dụng chế phẩm bổ sung EM.
Nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt Việt Trì – Phú Thọ: Sử dụng phương pháp ủ sinh học hiếu khí, bổ sung chế phẩm EM và BioMix và phối trộn phân bùn.
Nhà máy xử lý rác thải Thuỳ Phương – Huế: Ủ sinh học hiếu khí, sử dụng chế phẩm bổ sung VTCC-L,S,F.
Trang trại Xuân Thọ organic – Đà Lạt: Sử dụng phương pháp ủ sinh học hiếu phí kết hợp đảo trộn cấp khí tự nhiên, sử dụng chế phẩm Nolasub kết hợp bã cà phê, bã mía.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose, tinh bột và protein.
Các chủng vi sinh vật được sử dụng để sản xuất chế phẩm là những chủng đã được phân lập và tuyển chọn từ đề tài “Nghiên cứu phân lập, tuyển chọn một số chủng vi sinh
vật hữu hiệu để ứng dụng trong xử lý chất thải rắn hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học”, mã số T2021 – 02 – 36 của TS. Đặng Quang Hải:
CT1: Bacillus velezenis
CT10: Bacillus amyloloquefaciens R35: Bacillus subtilis
Các môi trường sử dụng để tạo chế phẩm vi sinh vật. Chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ tại Đà Nẵng. Ngoài ra đề tài cịn sử dụng các loại hố chất đạt chất lượng, các loại dụng cụ, máy móc và thiết bị sản xuất, các thiết bị phân tích đo lường có độ tin cậy cao để phục vụ thí nghiệm nghiên cứu, …
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Sản xuất chế phẩm vi sinh vật từ các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose, tinh bột và protein.
Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng làm phân bón hữu cơ sinh học.
2.2. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu chính của luận văn bao gồm:
Nội dung 1: Đánh giá tình hình ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu
cơ trên thế giới và tại Việt Nam
Tổng quan về chất thải rắn sinh hoạt. Tổng quan về chế phẩm vi sinh vật.
Nhu cầu sử dụng phân bón của ngành nơng nghiệp tại Việt Nam.
Tình hình nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ trên thế giới và Việt Nam.
Nội dung 2: Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu có hoạt tính phân giải
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
Đánh giá đặc tính của các chủng vi sinh vật sử dụng để sản xuất chế phẩm: Xác định các điều kiện sinh trưởng tối ưu của 03 chủng vi sinh vật CT1, R35 và CT10.
Từ kết quả thu được thông qua sau nghiên cứu xác định điều kiện sinh trưởng tối ưu, tiến hành tạo chế phẩm vi sinh vật.
Lựa chọn chất mang (cám gạo, than bùn, trấu xay):
Các chất mang được xác định sử dụng trong đề tài (cám gạo, than bùn, trấu xay) là những chất mang dễ tìm kiếm trên địa bàn thành phố.
Chất mang sẽ được xử lý, và được sấy ở 130°C, sau đó được bảo quản trong tủ cách ẩm.
Chất mang được lựa chọn là chất mang có khả năng cố định, bảo vệ và duy trì hoạt tính của vi sinh vật tốt nhất. Ngồi ra chất mang được lựa chọn phải có giá thành rẻ và dễ bảo quản.
Nghiên cứu xác định tỉ lệ phối trộn giữa các chủng vi sinh vật và giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang:
Các chủng vi sinh vật sẽ được lên men sinh khối và tiến hành phối trộn. Tiến hành đo mật độ hỗn hợp sinh khối của các tỉ lệ vào thời điểm 0 giờ và sau 30 ngày, tỉ lệ được lựa chọn là tỉ lệ có mật độ tế bào vi sinh vật lớn nhất.
Sau khi xác định tỉ lệ phối trộn giữa các chủng vi sinh vật thì sẽ tiến hành phối trộn tỉ lệ hỗn hợp vi sinh vật đó với chất mang và tiến hành sấy hỗn hợp sau phối trộn ở 40°C đến khi đạt độ ẩm 8 – 9%. Tiến hành xác định mật độ tế bào vi sinh vật tại thời điểm 0 giờ và sau 30 ngày.
Tỉ lệ giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang sẽ được lựa chọn dựa trên tiêu chí mật độ tế bào lớn nhất và thời gian sấy phù hợp để tiết kiệm chi phí.
Xác định chất lượng và thời gian bảo quản chế phẩm vi sinh vật:
Sau các quá trình nghiên cứu lựa chọn chất mang, xác định tỉ lệ phối trộn giữa các chủng vi sinh vật và giữa hỗn hợp vi sinh vật với chất mang, chế phẩm được tạo từ các nghiên cứu trên sẽ được bảo quản trong túi polyetylen ở nhiệt độ thường.
Xác định mật độ tế bào vi sinh vật tại thời điểm 0 giờ, 15 ngày, 30 ngày, 45 ngày và 60 ngày bảo quản.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
Nội dung 3: 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
Tiến hành ủ phân và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân và chất lượng sản phẩm phân ủ:
Sử dụng CTRSH hữu cơ là ngun liệu chính cho q trình ủ phân, xử lý CTRSH hữu cơ có sử dụng chế phẩm vi sinh vật vừa sản xuất theo phương pháp ủ bán hiếu khí có đảo trộn với 03 cơng thức thí nghiệm và 01 mẫu đối chứng.
Trong quá trình ủ tiến hành đánh giá các thơng số nhiệt độ, độ ẩm, pH, chiều cao và tính chất cảm quan của đống ủ mỗi 03 ngày/lần. Xác định độ hoại mục của đống ủ vào ngày thứ 28,29 và 30.
Xây dựng quy trình ủ phân:
Sau phân tích các chỉ tiêu OC, N và P2O5 và so sánh với QCVN 01 - 189:2019/BNNPTNT [28], sẽ tiến hành bổ sung N và P2O5 nếu không đạt QC.
Xây dựng công thức ủ phân.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu liên quan
Thu thập, phân tích và tổng hợp các nguồn tài liệu, số liệu liên quan đến ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học như các bài báo khoa học trong và ngoài nước, đề tài nghiên cứu, luận án, báo cáo khoa học của các sở, ban, ngành, địa phương, sách báo các phương tiện truyền thơng và thơng tin có liên quan một cách khoa học có chọn lọc.
2.3.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
Việc lấy mẫu được thực hiện dựa vào TVCN 9486:2018. Phân bón – Phương pháp lấy mẫu [29].
Trong quá trình lấy mẫu, vận chuyển và xử lý mẫu, bảo đảm tránh sự tạp nhiễm từ bên ngoài và bảo đảm giữ mẫu được nguyên trạng như ban đầu cho tới khi đem phân tích trong phịng thí nghiệm.
2.3.3. Phương pháp tạo chế phẩm vi sinh vật
Các thao tác thí nghiệm sẽ được thực hiện trong tủ cấy vô trùng CleanBench. Các thiết bị được sử dụng trong quá trình tạo chế phẩm :
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ
Máy lắc trong tủ cấy Velp – Classic.
Tủ ấm nuôi vi sinh Memmert IN110.
Pipet P100 và P200.
Bình tam giác, đèn cồn, bình định mức,…
2.3.3.1. Môi trường và chuẩn bị môi trường
Môi trường
Sử dụng mơi trường thạch – cao thịt – pepton (NA) có thành phần như sau:
Cao thịt : 3 g Pepton : 10 g NaCl : 5 g Thạch : 20 g Nước cất : 1000 ml pH : 7,2 ± 0,2
Đối với mơi trường lỏng (cao thịt – pepton) thì khơng dùng thạch [30]. Chuẩn bị môi trường và dụng cụ
Mơi trường dinh dưỡng có thành phần như trên. Khi pha chế môi trường định lượng các thành phần bằng cân phân tích và ống đong. Sau đó dùng đũa thuỷ tinh khuấy cho tan hết, dùng máy đo pH để điều chỉnh pH môi trường về 7,2 ± 0,2 bằng dung dịch NaOH 10%. Sau đó cho thạch vào khuấy đều, rồi cho vào lị vi sóng đun sơi để tan hết thạch [30].
Lấy mơi trường ra, nhanh chóng phân phối mơi trường vào các ống nghiệm có nút bơng đã vô trùng bằng phễu để tránh môi trường bám vào ống nghiệm (lượng môi trường