CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Điều kiện mơi trường ảnh hưởng đến quá trìn hủ phân compost
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
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.
- Tủ sấy cĩ nhiệt độ từ 103 – 105oC.
- Máy Parnas – Wargner
- Tủ hút khí độc (Hoffe) - Tủ cấy vi sinh - Máy quang phổ phát xạ * Hĩa chất - Dung dịch NaOH N/100 - Dung dịch H2SO4 N/100 - Dung dịch (COOH)2 N/100 - K2SO4, CuSO4 - H2SO4 đđ - NaOHđđ
- Thuốc thử metyl đỏ 0,5% pha trong ethanol. - Dung dịch K2Cr2O7
2.5. Phương pháp khảo sát các chỉ tiêu hĩa lý trong bùn hầm cầu 2.5.1. Xác định độ ẩm 2.5.1. Xác định độ ẩm
Độ ẩm (hay cịn được gọi là thủy phần) là lượng nước tự do cĩ trong mẫu. Qua đĩ, bùn hầm cầu được đo bằng máy đo độ ẩm theo phương pháp cân sấy ẩm (cân
phân tích ẩm)
* Nguyên lý cân sấy ẩm:
Dùng sức nĩng làm bay hết hơi nước cĩ trong thực phẩm. Cân trọng lượng thực phẩm trước và sau khi sấy khơ, từ đĩ tính ra phần trăm nước cĩ trong thực phẩm.
H
Hình 2.1: Máy cất đạm Parnas - Wargner
A. bình phản ứng B. bình rửa C. bình tạo áp D. Cốc phản ứng H. phễu
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
2.5.2. Xác định độ pH
Điều chỉnh máy pH mét theo các điều chỉ dẫn trong sách hướng dẫn của nơi sản
xuất. Đo nhiệt độ của huyền phù và chú ý rằng nhiệt độ của dung dịch đệm và của
huyền phù đất khơng được khác nhau hơn 10C. Lắc huyền phù cẩn thận ngay trước khi đo pH. Đo pH trong huyền phù lỗng, đọc giá trị pH sau khi trạng thái ổn định
đã đạt được. Chú ý giá trị pH tới hai số lẻ [13].
2.5.3. Xác định chất hữu cơ bằng phương pháp so màu (theo Grham) * Nguyên lý * Nguyên lý
Chất hữu cơ là một chỉ tiêu quan trọng của đất, bao gồm tồn bộ phần khống của đất và một ít xác động thực vật ở trong đất. Đĩ là nguồn cung cấp trực tiếp
nhiều dinh dưỡng cho cây trồng: N, P, K, Ca, Mg....., là yếu tố làm tăng lượng và chất của CEC (Cation Exchange Capacity), tăng kết cấu đất, cải thiện tính chất vật lý, khả năng giữ ẩm của đất.
Dựa trên cơ sở oxy hĩa chất hữu cơ bằng K2Cr2O7 theo phương pháp Walkey- Black xác định lượng chất hữu cơ bằng phương pháp so màu xanh của Cr3+ tạo thành (K2Cr2O7 đã bị khử) tại bước sĩng 625 nm.
* Tiến hành:
- Cân chính xác khoảng 0,1g mẫu đã nghiền qua rây 0,2 mm cho vào erlen. - Thêm 10 ml K2Cr2O7, lắc đều.
- Cho nhanh 20 ml H2SO4 đậm đặc từ xilanh hoặc buret. - Thêm chính xác 60ml nước cất và trộn đều.
- Để qua đêm cho lắng trong.
- Trích 1 phần dung dịch trong để so màu ở bước sĩng 625 nm.
- Tiến hành với dãy tiêu chuẩn: dùng micropipette lấy từ 0 – 1,0 ml dung dịch tiêu chuẩn mẹ (tương ứng 0 – 3 mg C) cho vào erlen, tiến hành như với mẫu thử.
- Làm đồng thời thêm 2 mẫu trắng. * Cách tính:
Xác định đồ thị tiêu chuẩn và trên cơ sở số đo trên máy xác định hàm lượng carbon trong mẫu thử [14].
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
2.5.4. Xác định chất rắn tổng số (TS) và chất rắn bay hơi (VS) 2.5.4.1. Xác định chất rắn tổng số (TS – Total solid)
Các chất rắn trong nước cĩ thể là những chất tan hoặc khơng tan. Các chất này bao gồm cả những chất vơ cơ lẫn các chất hữu cơ. Tổng hàm lượng các chất rắn (TS - Total Solids) là lượng khơ tính bằng mg của phần cịn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khơ ở 105oC cho tới khi khối lượng khơng đổi (đơn vị tính bằng mg/L).
2.5.4.2. Xác định tổng chất rắn bay hơi (VS – Volatile solid)
Để đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ cĩ trong mẫu nước, người ta cịn sử
dụng các khái niệm tổng hàm lượng các chất khơng tan dễ bay hơi (VSS : Volatile Suspended Solids), tổng hàm lượng các chất hịa tan dễ bay hơi (VS : Volatile Solids).
Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VS) là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù ở 550oC cho đến khi khối lượng khơng đổi (thường được qui định trong một khoảng thời gian nhất định).
Hàm lượng các chất rắn hịa tan dễ bay hơi VS là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn hịa tan (DS) ở 550oC cho đến khi khối lượng khơng đổi (thường được qui
định trong một khoảng thời gian nhất định)
2.5.4.3. Xác định hàm lượng tro
Chất rắn ổn định (tro) = chất rắn tổng cộng (TS) – chất rắn bay hơi (VS)
2.5.5. Xác định nitơ tổng số (Phương pháp Kjedahl) * Nguyên tắc * Nguyên tắc
Chất đạm khi đem vơ cơ hĩa bằng H2SO4đđ và chất xúc tác sẽ chuyển thành dạng ammonium sulfat, khi cho tác dụng với chất kiềm mạnh (NaOH) sẽ đẩy NH3 từ muối (NH4)2SO4 thành thể tự do.
(NH4)2SO4 + 2NaOH 2NH4OH + Na2SO4 (2.1) Lượng ammoniac phĩng thích ra được hơi nước lơi cuốn bằng một dụng cụ là máy Parnas – Wagner và được dẫn đến bình tam giác cĩ chứa một lượng thừa dd H2SO4. Từ đĩ xác định được hàm lượng đạm trong mẫu nguyên liệu.
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
* Tiến hành cất đạm
Đốt bình C cho đến khi sơi, sau khi rửa máy cất đạm, chúng ta tiến hành cất đạm
bằng cách như sau:
Đặt bình D cĩ chứa 25ml dung dịch H2SO4 N/100 và vài giọt methyl đỏ vào vịi ống sinh hàn E, sao cho đầu nhọn ống sinh hàn nhúng chìm trong dung dịch. Hút
10ml dung dịch đạm vơ cơ hĩa đã pha lỗng trên cho vào phễu H của máy cất đạm và mở khĩa cho vào bình A từ từ cho đến khi hết, tráng phễu H 3 lần, mỗi lần với 1 ít nước cất rồi cũng cho xuống bình A. Cho 10 ml dd NaOHđđ và cũng cho xuống bình A từ từ, tráng 1 ít nước cất (mỗi lần cần chừa lại 1 ít để hệ thống kín). Để máy lơi cuốn trong 3 phút rồi hạ bình tam giác xuống để thêm 2 phút nữa. Rửa vịi bằng nước cất (nước rửa cho vào bình tam giác D). Lấy bình tam giác ra định phân với dung dịch NaOH cĩ chuẩn độ đúng là x.N/100 đến khi cĩ màu vàng cam.
Thực hiện 3 thử thật, 3 thử khơng để lấy trị số trung bình. Phải xác định hệ số
điều chỉnh x của dung dịch NaOH N/100 bằng dung dịch (COOH)2 N/100 [4].
* Kết quả
- Tính lượng N tổng số cĩ trong 1 lít nguyên liệu
- Gọi V0 là thể tích dung dịch NaOH x.N/100 (trị số trung bình của 3 lần thử khơng)
- Gọi V1 là thể tích dung dịch NaOH x.N/100 (trị số trung bình của 3 lần thử khơng)
Vậy ∆V = V0 – V1 là lượng NaOH tương đương với lượng đạm ammoniac
phĩng thích bởi 10ml dịch vơ cơ pha lỗng.
1 mol ammoniac tương đương với 1 mol NaOH
Do đĩ số mol ammoniac phĩng thích bởi 10 ml dung dịch vơ cơ hĩa đã pha
lỗng là