CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Điều kiện mơi trường ảnh hưởng đến quá trìn hủ phân compost
1.4.5. Chất lượng phân hữu cơ compost
Vận tốc phân hủy dao động tùy theo thành phần, kích thước, tính chất của chất hữu cơ. Chất hữu cơ hịa tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ khơng hịa tan. Lignin và lingo – cellulosic là những chất phân hủy rất chậm.
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Bảng 1.9: Các thơng số quan trọng trong quá trình ủ phân compost
Thơng số Giá trị
1. Kích thước Q trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khí kích thước phân ủ khoảng 25-75 mm
2. Tỉ lệ C:N Tỉ lệ C:N tối ưu dao động khoảng 25-50
- Ở tỉ lệ thấp hơn: dư NH3, hoạt tính sinh học giảm - Ở tỉ lệ cao hơn: chất dinh dưỡng bị hạn chế
3. Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn
4. Độ ẩm 50-60%, tối ưu 55%
5. Đảo trộn Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khơ, đĩng bánh và tạo thành các rãnh khí. Q trình làm phân hữu cơ cần phải được xáo trộn định kì, tần suất đảo trơng phụ thuộc vào quá trình thực hiện.
6. Nhiệt độ Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng 50-55oC một vài ngày đầu và 55-60oC ở những ngày sau.
Trên 66oC, hoạt tính vi sinh vật giảm đáng kể. 7. Kiểm sốt mầm bệnh Nhiệt độ 60-70oC: các mầm bệnh bị tiêu diệt
8. Nhu cầu khơng khí Lượng oxy cần thiết được tính tốn dựa trên cân bằng tỉ lượng. Khơng khí chứa oxy cần thiết phải được tiếp xúc đều với tất cả các phần của vật liệu làm phân.
9. pH Tối ưu: 7-7,5; hạn chế sự bay hơi nitơ dưới dạng NH3 pH khơng được vượt quá 8,5.
10. Mức độ phân hủy Đánh giá qua sự giảm nhiệt độ vào thời gian cuối. 11. Diện tích đất yêu cầu Cơng suất 50 tấn/ngày cần khoảng 0,6-0,8 ha đất.
(Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993)
Chất lượng phân hữu cơ được đánh giá dựa trên bốn yếu tố sau [8]:
+ Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hĩa học, thuốc trừ sâu…).
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
+ Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo).
+ Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp đến mức khơng ảnh hưởng cĩ hại đến cây trồng).
+ Độ ổn định và hàm lượng chất hữu cơ (độ ổn định liên quan đến nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ oxy trong quá trình chế biến phân hữu cơ, khi thời gian ủ phân kéo dài, độ ổn định của phân sẽ tăng, tức là hàm lượng hữu cơ trong phân giảm).
1.4.6. Vai trị của phân hữu cơ compost trong sản xuất nơng nghiệp
Trong điều kiện canh tác hiện nay, phân hữu cơ rất cần cho cây trồng, kể cả cây ăn trái và lúa. Chất hữu cơ được bổ sung vào đất sẽ làm tăng lượng mùn trong đất giúp cải thiện lý tính và hĩa tính của đất. Bằng kinh nghiệm sản xuất của mình, nơng dân Việt Nam đã đúc kết “Nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống”. Câu nơng dao đã khẳng định vai trị của phân bĩn trong hệ thống liên hồn tăng năng suất cây trồng.
Trong vài thập kỷ qua, năng suất cây trồng đã khơng ngừng tăng lên, ngồi vai trị của giống mới cịn cĩ tác dụng quyết định của phân bĩn. Giống mới cũng chỉ phát huy được tiềm năng của mình (cho năng suất cao) khi được bĩn đủ phân và bĩn hợp lý. Cây trồng hút chất dinh dưỡng trong đất và từ phân bĩn để tạo nên sản phẩm của mình sau khi kết hợp với sản phẩm của quá trình quang hợp, cho nên sản phẩm thu hoạch phản ánh tình hình đất đai và việc cung cấp thức ăn cho cây. Bĩn phân cân đối và vừa phải thì việc bĩn phân cĩ thể làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Thiếu chất dinh dưỡng, bĩn phân khơng cân đối hoặc bĩn quá nhu cầu của cây đều làm giảm chất lượng nơng sản. Giữa các bộ phận của cây thì phân bĩn làm thay đổi thành phần của lá dễ hơn là thay đổi thành phần hĩa học của hạt [1]; [7]; [8].
* Ảnh hưởng đến lý tính của đất
Cải thiện cấu trúc đất: ảnh hưởng trực tiếp do làm mất độ cứng của đất, chất mùn cĩ tác dụng gắn kết các hạt keo đất lại với nhau, tạo nên cấu trúc bền vững, làm cải thiện độ xốp của đất, hạn chế sự rửa trơi, xĩi mịn đất và tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu các chất dinh dưỡng dễ hơn.
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Gia tăng khả năng giữ nước của đất thơng qua sự liên kết nước với chất hữu cơ.
Cải thiện độ thống khí của đất, cung cấp oxy cho rễ cây, giúp rễ hơ hấp tốt.
* Ảnh hưởng đến hĩa tính của đất
Cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng: cung cấp chất dinh dưỡng khống, đặc biệt là chất đạm, lân, lưu huỳnh và các nguyên tố khác bao gồm cả nguyên tố vi lượng.
Tăng độ phì nhiêu của đất: trong điều kiện nhiệt đới ẩm của nước ta tốc độ khống hĩa hữu cơ trong đất rất cao nên sẽ làm suy giảm lượng hữu cơ dẫn đến giảm sút độ phì nhiêu của đất. Bổ sung chất hữu cơ vào đất sẽ làm tăng hoạt động sinh khối của vi sinh vật, gĩp phần làm tăng độ phì nhiêu của đất thơng qua việc khống hĩa và mùn hĩa chất hữu cơ trong đất.
Cung cấp năng lượng cho các sinh vật trong đất hoạt động như vi khuẩn, nấm, giun đất… Sau khi chết, các sinh vật này bị phân hủy sẽ để lại lượng chất dinh dưỡng đáng kể cho đất trồng. Một số hoạt động của sinh vật sống trong đất cũng gĩp phần cải thiện mơi trường đất (sự di chuyển của giun đất giúp cho đất thống khí).
Tăng tính đệm pH: tác dụng trung hịa khi điều kiện pH quá chua hoặc quá kiềm nên làm giảm stress cho cây và gia tăng hiệu quả của phân bĩn hĩa học vào đất.
Giúp cố định các kim loại như Fe, Al trong đất phèn (điều kiện pH thấp) ngăn ngừa khả năng gây độc cho cây.
Tuy phân hữu cơ cĩ chứa đầy đủ các dưỡng chất cĩ thể thay thế phân hĩa học nhưng phân hữu cơ là dạng cung cấp dưỡng chất lâu dài và ổn định, do đĩ tùy mức độ thâm canh và phát triển của cây trồng thì ta cĩ thể cung cấp thêm phân hĩa học để làm tăng tác dụng của phân hữu cơ khi cây trồng cần dinh dưỡng ngay để đảm bảo năng suất [1]; [7]; [8].
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
1.4.7. Mục đích, lợi ích và hạn chế của quá trình chế biến phân hữu cơ compost 1.4.7.1. Mục đích và lợi ích của q trình làm phân hữu cơ compost 1.4.7.1. Mục đích và lợi ích của quá trình làm phân hữu cơ compost
Về kinh tế:
- Giảm chi phí sản xuất nơng nghiệp
- Năng suất tăng do cây trồng dễ dàng hấp thụ bùn hầm cầu đã qua xử lý
- Giá thành sản xuất phân bĩn từ bùn hầm cầu rẻ hơn rất nhiều so với phân hữu cơ vi sinh khác sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp.
- Giảm sử dụng phân hĩa học và thuốc bảo vệ thực vật trong nơng nghiệp Về mơi trường:
- Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình làm phân hữu cơ
sẽ chuyển hĩa chất hữu cơ dễ thối rửa sang dạng ổn định, chủ yếu là các chất vơ cơ ít gây ơ nhiễm mơi trường khi thải ra đất và nước.
- Làm mất khả năng gây bệnh của vi sinh vật: nhiệt độ của chất thải sinh ra từ quá
trình phân hủy sinh học cĩ thể đạt khoảng 60oC, đủ để làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh, virus và trứng giun sán nếu nhiệt độ này được duy trì ít nhất 1 ngày. Do đĩ, các sản phẩm từ quá trình ủ phân hữu cơ cĩ thể loại bỏ mầm bệnh một cách an tồn trên đất hoặc làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất. Theo nghiên cứu của Nengwu Zhu (năm 2004) và cộng sự trên phân heo, trong suốt quá trình ủ, các vi sinh vật gây bệnh hoặc ký sinh đều bị giết 1 phần hoặc hồn tồn. Báo cáo cho rằng, hầu hết E.coli bị tiêu diệt ở nhiệt độ 55oC trong khoảng 1 giờ và bị diệt hồn tồn ở 60oC trong khoảng 15 – 20 phút. Sau 3 ngày ủ, E.coli được kiểm sốt trong giới hạn cho phép và tất cả trứng
trùng đều bị tiêu diệt sau 63 ngày ủ [8]; [9]
- Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: các chất dinh dưỡng (N, P, K) cĩ trong chất
thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khĩ hấp thụ. Sau quá trình làm phân hữu cơ, các chất này được chuyển thành chất vơ cơ như NO3-, PO43- thích hợp cho cây trồng. Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến phân từ CTR hữu cơ bổ sung dinh dưỡng cho đất, cĩ khả năng làm giảm sự thất thốt dinh dưỡng do rị rỉ vì các chất dinh
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
dưỡng vơ cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng khơng tan. Thêm vào đĩ, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn [8].
- Làm khơ bùn: phân người, phân động vật và bùn chứa khoảng 80-95% nước, do
đĩ chi phí thu gom, vận chuyển và thải bỏ cao. Làm khơ bùn trong quá trình ủ phân là phương pháp lợi dụng nhiệt của chất thải phát sinh từ quá trình phân hủy sinh học làm bay hơi nước chứa trong bùn.
- Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp
thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng, phân hữu cơ khơng ngừng làm tăng năng suất cây trồng mà cịn giảm thiểu bệnh trên cây trồng. Đối với loại phân hĩa học khác, cây trồng chỉ hấp thụ được một phần chất dinh dưỡng nhưng đối với phân hữu cơ cây trồng cĩ khả năng hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng, đồng thời cây trồng phát triển tốt và cĩ khả năng kháng bệnh cao. Ứng dụng phân hữu cơ trồng cây sầu riêng do Trung tâm nghiên cứu cây ăn quả miền Đơng Nam Bộ thực hiện cho thấy chỉ số bệnh Phytophthora trên cây sầu riêng giảm đáng kể sau 2-3 năm bĩn phân hữu cơ là một ví dụ điển hình [8].
1.4.7.2. Những hạn chế của quá trình làm phân hữu cơ compost
- Hàm lượng dinh dưỡng trong phân hữu cơ khơng thỏa mãn theo yêu cầu.
- Do đặc tính của chất hữu cơ cĩ thể thay đổi rất nhiều theo thời gian, khí hậu và phương pháp thực hiện nên tính chất của sản phẩm cũng khác nhau. Bản chất vật liệu làm phân thường làm cho sự phân bố nhiệt độ trong đống phân khơng đồng đều. Do đĩ, khả năng làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh trong phân cũng khơng hồn tồn.
- Quá trình làm phân hữu cơ thường tạo mùi hơi, gây mất mỹ quan… - Phải tốn thêm cơng ủ và diện tích.
- Việc ủ phân thường ở dạng thủ cơng và lộ thiên tạo sự phản cảm về mỹ quan và phát tán mùi hơi. Trong khi đĩ, các loại phân hĩa học như urê, N – P – K,… gọn nhẹ, tương đối rẻ tiền, chất lượng đồng đều và "sạch hơn" gây tâm lý thuận tiện cho việc sử dụng hơn phân compost [8].
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
CHƯƠNG 2 : VẬT LIỆU & VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
2.1. Quy trình xử lý bùn hầm cầu thành phân compost
Sơ đồ 2.1: Quy trình xử lý bùn hầm cầu thành phân bĩn bằng hỗn hợp vi sinh
Bùn hầm cầu sau khi lấy từ nhà máy phân bĩn Hịa Bình được cho vào bao lắng và tách nước. Sau đĩ, bùn hầm cầu được bổ sung vật liệu trộn và hỗn hợp vi sinh
Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Actinomycetes sp với số lượng tế bào xác định,
sau đĩ ủ trong điều kiện hiếu khí. Sản phẩm sau ủ được kiểm tra các chỉ tiêu hĩa lý và sử dụng làm phân bĩn compost.
2.2. Vật liệu – địa điểm thí nghiệm
Bùn hầm cầu được lấy từ nhà máy phân bĩn Hịa Bình – xã Đa Phước –
Huyện Bình Chánh.
Vi sinh vật: Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Actinomycetes sp được cung
cấp bởi cơng ty TNHH Gia Tường – Huyện Dĩ An – Tỉnh Bình Dương.
Xí nghiệp Dịch vụ Mơi trường – Cơng ty TNHH MTV Mơi trường Đơ thị
TPHCM.
Phịng thí nghiệm Sinh hĩa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học
Quốc gia TPHCM.
2.3. Thiết kế thí nghiệm xử lý bùn hầm cầu ở điều kiện hiếu khí 2.3.1. Mục đích chọn đối tượng vi sinh vật nghiên cứu 2.3.1. Mục đích chọn đối tượng vi sinh vật nghiên cứu
- Dễ tìm trong tự nhiên
- Dễ nuơi cấy, sinh sản nhanh
- Tận dụng hỗn hợp enzyme phong phú của các vi sinh vật trên
2.3.2. Thiết kế thí nghiệm
Vi sinh vật: Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Actinomycetes sp được nuơi cấy
tăng sinh riêng lẻ trong mơi trường lỏng - mơi trường cấp 1 (thời gian 24 giờ), sau
đĩ chuyển qua mơi trường bán rắn - mơi trường cấp 2 (thời gian 3 ngày).
ủ phân (compost) Tách nước Lắng Sử dụng làm phân bĩn Bùn Bổ sung VSV và vật liệu trộn
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Tiến hành trải đĩa để xác định số lượng vi sinh vật trong 3 mơi trường nuơi bán rắn ở 3 chủng vi sinh trên. Sau đĩ xay nghiền, trộn lẫn 3 mơi trường bán rắn và bổ sung vào bùn hầm cầu (mơi trường cấp 3)
* Mơi trường tăng sinh Bacillus subtilis (mơi trường cấp 1)
Cơng thức: - Cao thịt: 5g - Pepton: 10g - Nước cất: 1000ml
Hấp khử trùng ở 121oC, 15 phút, pH 6
* Mơi trường tăng sinh Actinomycetes sp (mơi trường cấp 1)
Cơng thức: - Casein: 17g - NaCl: 5g - Bột đậu nành: 3g - KHPO4: 2,5g - Glucose: 2,5g - Nước cất: 1000ml - pH=7,3 ± 0,2; khử trùng 15 phút
* Mơi trường tăng sinh Aspergillus niger (mơi trường cấp 1)
Cơng thức
- Giá : 100g - Pepton: 10g - Glucose: 50g - Nước cất: 1000ml Giá nấu trong vịng 1h, lấy dịch chiết Hấp khử trùng ở 121oC, 15 phút, pH 6
* Mơi trường bán rắn thu nhận chế phẩm enzyme (mơi trường cấp 2)
Cơng thức:
- Trấu : 5g - Cám: 8g - Bã khoai mì: 70g
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung - Dịch chiết nấm men: 1,6ml - (NH4)2HPO4: 3g - Ure: 1,5g - KH2PO4: 0,6g - CaCl2: 0,3g - MgSO4: 0,02g - Nước: 50-55% Hấp khử trùng 121oC trong 60 phút
Hỗn hợp vi sinh được bổ sung vào bùn hầm cầu theo tỉ lệ cơng thức sau:
CT I: 500g bùn hầm cầu + 25g trấu (thử khơng)
CT II: 500g bùn hầm cầu + 25g trấu + 5g hỗn hợp vi sinh vật
CT III: 500g bùn hầm cầu + 25g trấu + 10g hỗn hợp vi sinh vật
CT IV: 500g bùn hầm cầu + 25g trấu + 15g hỗn hợp vi sinh vật
CT V: 500g bùn hầm cầu + 25g trấu + 20g hỗn hợp vi sinh vật
CT VI: 500g bùn hầm cầu + 25g trấu + 25g hỗn hợp vi sinh vật
CT VII: 500g bùn hầm cầu + 25g trấu + 30g hỗn hợp vi sinh vật
* Cách ủ:
- Trộn đều bùn hầm cầu với trấu (mục đích làm tăng độ thống khí, tăng hiệu
suất phân hủy hiếu khí của hỗn hợp vi sinh vật).
- Trộn đều hỗn hợp vi sinh với hỗn hợp bùn hầm cầu và trấu. - Đảo đều hỗn hợp mỗi ngày.
2.4. Thiết bị và hĩa chất thí nghiệm * Dụng cụ * Dụng cụ - Ống đong 25 ml - Cốc đốt 50ml, 100ml, 250ml - Bình tam giác 250ml - Ống hút 5ml, 10ml, 20ml - Giấy lọc
- Cân phân tích, cĩ khả năng cân đến 0,1mg.
- Bình Kjeldahl
- Bộ lọc chân khơng.
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung - Bình hút ẩm.
- Bơm hút chân khơng
- Pipet: 5ml, 10 ml, 20ml
- Phễu thủy tinh
* Thiết bị
-.Máy so màu
- Tủ nung : t o = 550 50oC.