I (oC) II (oC) III (oC) IV (oC) V (oC) VI (oC) VII (oC) 0 28,0 28,0 28,0 28,0 28,0 28,0 28,0 1 32,4 34,8 34,4 34,2 35,6 34,8 33,2 2 34,6 33,6 34,8 34,8 36,6 35,4 35,8 3 34,8 36,7 36,8 36,4 37,0 35,8 39,4 4 38,4 37 36,8 34,4 35 39 38,8 5 38,4 39,0 37,0 36,4 36,4 38,8 38,0 6 37,0 38,8 37,0 35,8 36,8 37,0 39,4 7 42,0 48,0 45,0 42,0 40,0 44,0 52,4 8 43,0 52,8 39,4 38,8 37,0 42,0 45,8 9 41,4 42,0 40,8 35,8 35,8 44,0 41,4 10 33,4 36,4 35,4 33,4 34,0 33,4 36,0 11 34,8 36,8 36,8 36,4 37,0 35,8 39,4 12 33,8 35,4 36,4 35,4 33,8 35,0 37,4 13 33,4 35,4 37,0 35,4 34,0 34,8 35,8 14 32 33,4 32,2 33,6 32,8 32,2 33,4 15 31,6 32,8 33,2 33,4 32,0 31,6 32,8 16 31,2 30,6 31,8 32,4 32,6 30,8 30,2 17 28,6 27,4 27,2 26,6 27,8 28,2 28,0 18 26,4 25,8 26,2 25,4 24,8 26,4 25,0 19 25,2 24,6 25,8 25,0 26,0 25,4 25,6 20 25,2 24,0 24,2 24,4 25,8 24,4 24,2
Bảng 3.4: Diễn biến nhiệt độ trong các khối ủ Cơng thức thí Cơng thức thí
nghiệm
Chỉ tiêu theo dõi Nhiệt độ trung bình (0C) Nhiệt độ cao nhất (0C) CT1 33,6 43,0 CT2 34,9 52,8 CT3 34,1 45,0 CT4 33,3 42,0 CT5 33,3 40,0 CT6 34,1 44,0 CT7 35,3 52,4
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Hình 3.1: Khảo sát nhiệt độ phân ủ bằng nhiệt kế
Đồ thị 3.1: Sự thay đổi nhiệt độ diễn ra trong khối ủ hiếu khí
Kết quả theo dõi ở bảng 3.3 và đồ thị 3.1 cho thấy, diễn biến quá trình thay đổi nhiệt độ bên trong khối ủ xảy ra theo quy luật: tăng nhanh – giảm dần – đi vào ổn
định. Ngay sau khi ủ từ 7 đến 8 ngày, nhiệt độ bên trong khối ủ tăng cao và đạt đến
nhiệt độ cao nhất là 52,8oC ở ngày thứ 8 – cơng thức thí nghiệm 2 (CT2), sau đĩ giảm dần ở các ngày tiếp theo và đi vào ổn định. Ở ngày thứ 11; 12, nhiệt độ bên
trong khối ủ lại tăng lên nhưng khơng đáng kể, sau đĩ lại tiếp tục giảm dần và đi
vào ổn định ở cuối thời kỳ ủ từ ngày 18 đến ngày 20.
Quá trình nhiệt độ tăng cao trong thời gian đầu là do hoạt động của vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ và giải phĩng nhiệt. Nhiệt độ sinh ra khơng được giải
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
phĩng vào khơng khí mà bị tích tụ lại nên làm gia tăng nhiệt độ trong khối ủ. Sau đĩ nhiệt độ giảm cho thấy hoạt động của vi sinh vật giảm dần và đi vào ổn định. Hoạt
động sống của vi sinh vật làm phân giải các phân tử hữu cơ cĩ kích thước lớn thành
những phân tử cĩ kích thước nhỏ.
Trong q trình thí nghiệm, nhiệt độ khối ủ sau khi kết thúc thí nghiệm đi vào
ổn định từ 26,4 – 24,2oC. Nhiệt độ trung bình của các lơ thí nghiệm dao động từ 35,16 – 38,72oC. Do nhiệt độ trong khối ủ ở mức thấp, hoạt động sống của vi sinh vật chỉ phân cắt các liên kết trong các phân tử hữu cơ, khơng làm ảnh hưởng đến tính chất hĩa lý của các phân tử hữu cơ trong bùn.
Nghiên cứu của J.D.W.Adams, L.E. Frostick (2009) cũng cho kết quả tương tự. Nhiệt độ trong luống ủ rác thải nơng trại – 200kg/luống (phủ bằng tấm nhựa) đạt đến nhiệt độ cao nhất 70oC ở ngày thứ 7, duy trì nhiệt độ 40 – 50oC từ ngày thứ 13
đến ngày 21 sau đĩ. Trong thí nghiệm này, tấm nhựa ngồi việc là vật liệu ủ cịn cĩ
vai trị lưu giữ nhiệt được sinh ra bởi hoạt động phân hủy bùn của vi sinh vật [15]. Trong quá trình ủ phân compost, quá trình ủ kết thúc khi nhiệt độ khối ủ khơng cịn sự gia tăng nhiệt độ và trở lại nhiệt độ phịng. Dựa vào nhiệt độ khảo sát, q trình kết thúc thí nghiệm bắt đầu từ ngày thứ 18 trở đi.
3.4. Khảo sát độ pH trong các lơ thí nghiệm
Bảng 3.5: Kết quả khảo sát pH trong các lơ thí nghiệm
pH Ngày 4 8 12 16 20 CT1 7,3 6,88 6,97 6,96 6,8 CT2 7,12 6,93 6,75 6,81 6,1 CT3 7,08 6,9 6,73 6,61 6,3 CT4 7,03 6,72 6,8 6,49 6,7 CT5 6,63 6,66 6,68 6,33 5,2 CT6 7,09 6,64 6,51 6,41 5,5 CT7 6,47 6,59 6,27 6,37 5,9
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Biểu đồ 3.1: Sự thay đổi độ pH trong các khối ủ theo thời gian
Ban đầu, pH bùn hầm cầu được xác định là 8,2. Sau khi tiến hành ủ, các lơ thí nghiệm cĩ xu hướng giảm dần từ CT1 – CT7 và giảm dần qua các ngày 4 – ngày 20.
Qua khảo sát thí nghiệm, pH ở ngày thứ 4 cĩ giá trị cao nhất ở lơ thí nghiệm 1: 7,30 và giảm dần ở lơ thí nghiệm 7: 6,47. pH thấp nhất ở ngày thứ 20 qua các lơ thí nghiệm dao động trong khoảng 5,2 – 6,8. pH cĩ xu hướng giảm dần qua các ngày thí nghiệm.
Trong q trình ủ phân, pH tăng lên là do sự khống hĩa ure (ure mineralization) của hỗn hợp vi sinh vật ở giai đoạn đầu và sau đĩ pH cĩ xu hướng giảm dần do quá trình trao đổi chất của vi sinh vật thải ra acid. Vi sinh vật sử dụng nguồn NH4+ trong bùn hầm cầu và chuyển hĩa thành NH3. Một phần NH3 thốt ra ngồi do sự bay hơi, phần cịn lại tồn tại trong bùn dưới dạng NH4OH. Ngồi ra, sự hình thành NH3 trong phân ủ cũng kèm theo quá trình giải phĩng nhiệt vào khối ủ khi vi sinh vật
chuyển hĩa các hợp chất trong bùn hầm cầu[25].
Nhìn chung, pH của các lơ thí nghiệm đều nằm trong quy định cho phép là 5-7 Theo nghiên cứu của Trường đại học Kỹ thuật Thonburi - Thái Lan (2005) trên rác thải hữu cơ từ rau quả cho thấy, pH ở các lơ ủ được đo ở pH 4-5. Sau đĩ pH
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Kết quả phân tích Anova cho thấy, độ pH của khối ủ thay đổi theo thời gian ủ (F = 5,8 > Fcrit = 2,5) và thay đổi theo tỉ lệ bổ sung hỗn hợp vi sinh vật (F = 13,41 > Fcrit = 2,77) với p > 0,05 (xem bảng P1).
Qua kết quả phân tích Anova, các lơ thí nghiệm ở các ngày 4, ngày 8, ngày 12, ngày 16, ngày 20 đều cĩ pH trung tính và phù hợp sử dụng làm phân bĩn (pH 5-7).
3.5. Khảo sát độ ẩm trong các lơ thí nghiệm
Bảng 3.6: Kết quả khảo sát độ ẩm trong các lơ thí nghiệm
Độ ẩm (%) Ngày 4 8 12 16 20 CT1 55,73 48,82 45,23 37,65 29,38 CT2 55,82 48,53 44,85 39,54 31,37 CT3 54,67 52,72 47,52 35,00 31,05 CT4 52,79 43,82 40,18 36,00 35,38 CT5 52,38 45,73 41,32 40,33 34,61 CT6 53,79 46,29 40,17 37,39 32,75 CT7 51,27 44,01 42,22 39,23 36,79
Biểu đồ 3.2: Sự thay đổi độ ẩm trong các khối ủ theo thời gian
Trong quá trình ủ phân, độ ẩm cĩ vai trị quan trọng trong quá trình phân hủy bùn hầm cầu. Độ ẩm giúp vi sinh vật cĩ mơi trường tốt để phân hủy bùn hầm cầu và
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
tăng cường quá trình trao đổi chất. Tuy nhiên, độ ẩm quá cao sẽ gây nên mơi trường yếm khí, ảnh hưởng đến hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí và sinh ra mùi hơi trong bùn.
Độ ẩm ban đầu trong bùn hầm cầu 60,08%, xấp xỉ với ngưỡng độ ẩm cho phép
trong ủ phân hữu cơ 50 – 60%. Trong q trình ủ, các lơ thí nghiệm được bổ sung thêm 5% trấu (25g trấu/500g bùn hầm cầu) nhằm tăng thêm sự thống khí, nâng cao hiệu suất phân hủy cho khối ủ, do đĩ cĩ sự giảm độ ẩm qua các ngày ủ. Quá trình giảm dần độ ẩm trong khối ủ đã diễn ra theo hai nguyên nhân: giảm độ ẩm do hiện tượng thốt hơi nước tự nhiên và do hoạt động sống phân giải bùn của vi sinh vật
[8].
Ở các ngày thí nghiệm: các lơ thí nghiệm CT1 đến CT7 đều giảm dần, cao nhất ở ngày thứ 4 từ 51,27 – 55,82% và thấp nhất vào ngày 20 từ 29,38 – 36,79%.
Kết quả phân tích Anova cho thấy, độ ẩm của khối ủ thay đổi theo thời gian ủ (F = 14,01 > Fcrit = 2,5) và thay đổi theo tỉ lệ bổ sung hỗn hợp vi sinh vật (F = 153,98 > Fcrit = 2,77) với p > 0,05 (xem bảng P2).
Độ ẩm thích hợp cho việc sử dụng bùn hầm cầu làm phân bĩn là <35% [8]. Qua
bảng kết quả, các lơ thí nghiệm ở ngày 20 cĩ độ ẩm <35% (ngoại trừ CT7 cĩ độ ẩm 36,79%). Trong quá trình sản xuất, độ ẩm trong bùn hầm cầu cĩ thể kiểm sốt bằng cách sấy khơ trước khi sử dụng làm phân bĩn và thuận tiện cho việc bảo quản.
3.6. Khảo sát hàm lượng nitơ tổng số trong các lơ thí nghiệm
Bảng 3.7: Kết quả khảo sát hàm lượng nitơ tổng số trong các lơ thí nghiệm
N (%) Ngày 4 8 12 16 20 CT 1 3,70 3,28 2,87 2,25 2,03 CT 2 3,60 3,12 2,59 2,51 2,29 CT 3 3,70 3,15 2,34 2,39 1,98 CT 4 3,70 2,86 2,03 2,02 1,99 CT 5 3,89 3,25 2,23 1,89 1,85 CT 6 3,96 3,39 2,41 2,36 2,31 CT 7 3,81 3,01 1,99 1,79 1,78
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Đồ thị 3.2: Sự thay đổi hàm lượng nitơ trong các khối ủ theo thời gian
Nitơ là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng khơng chỉ với cây trồng mà ngay cả
đối với vi sinh vật. Nitơ được vi sinh vật sử dụng thơng qua việc phân hủy các chất
hữu cơ và giải phĩng NH3 tạo ra mơi trường kiềm. Trong hoạt động sống, vi sinh vật phân giải chất hữu cơ (cĩ dạng NH4-N) chứa nitơ tự do và giải phĩng NH3, quá trình này làm gia tăng độ pH cho khối ủ tạo mơi trường kiềm. Hàm lượng nitơ trong khối ủ giảm dần và đi vào ổn định ở các ngày 12, ngày 16, ngày 20 khi hoạt động
sống của vi sinh vật chậm dần [15].
Trong những ngày đầu, hoạt động của vi sinh vật diễn ra chậm nên hàm lượng nitơ cao ở mẫu ban đầu là 4,02%. Sau đĩ, hàm lượng nitơ trong bùn hầm cầu giảm dần ở ngày thứ 4 từ 3,60% – 3,96% và đi vào ổn định ở ngày 16; 20 dao động từ
1,78% – 2,51%.
Hàm lượng nitơ theo tiêu chuẩn quy định làm phân bĩn hữu cơ ≥ 2,5%; kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng nitơ khảo sát ngày 4, ngày 8 đều ≥ 2,5%. Ở các lơ thí nghiệm ngày 12, 16, 20 cĩ hàm lượng nitơ giảm và thấp nhất ở ngày 20 (nằm trong khoảng 2,0% – 2,5%). Trong quá trình ủ phân hầm cầu làm phân bĩn compost, quá trình ủ kết thúc khi nhiệt độ khối ủ trở lại nhiệt độ phịng (ngày 18, 19, 20). Qua đĩ, hàm lượng nitơ ở giai đoạn kết thúc thí nghiệm ngày 20 là 1,85% - 2,31%.
Việc giảm hàm lượng nitơ trong bùn hầm cầu cịn tăng lên theo sự gia tăng nhiệt
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
ngày thứ 3, nhiệt độ gia tăng lên 75oC thì sự thất thốt nitơ cũng gia tăng nhanh chĩng. Việc xác định sự thất thốt của nitơ được khảo sát bằng máy đo phân tử khí hồng ngoại (photoacoustic infrared gas analyzer) cứ 15 phút/lần ở các lơ thí nghiệm. Kết quả khảo sát cho thấy, hàm lượng nitơ mất đi khoảng 40% nitơ tổng số trong vật liệu ủ, so sánh với phương pháp dùng acid để hấp phụ NH3 thì tỉ lệ nitơ thất thốt được khảo sát là 37% [46].
Kết quả phân tích Anova cho thấy, độ ẩm của khối ủ thay đổi theo thời gian ủ (F = 3,92 > Fcrit = 2,5) và thay đổi theo tỉ lệ bổ sung hỗn hợp vi sinh vật (F = 116,23 > Fcrit = 2,77) với p > 0,05 (xem bảng P3).
3.7. Khảo sát hàm lượng phospho (P) và kali (K) trong các lơ thí nghiệm Bảng 3.8: Kết quả khảo sát phospho trong các lơ thí nghiệm
P (%) Ngày 4 8 12 16 20 CT1 2,88 2,57 3,22 2,62 2,72 CT2 2,46 2,81 3,01 3,38 3,25 CT3 2,12 2,83 3,06 2,88 3,32 CT4 2,51 3,25 2,62 2,43 2,58 CT5 2,56 2,90 3,39 3,13 2,57 CT6 3,08 2,76 2,82 2,62 2,51 CT7 2,60 2,95 3,48 3,19 2,95
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Cũng như các nguyên tố khác, phospho luơn tuần hồn chuyển hĩa. Nhờ vi sinh vật, các hợp chất chứa phospho trong bùn hầm cầu được vơ cơ hĩa và một phần chuyển hĩa thành lân hữu cơ, một phần bị cố định dưới dạng lân khĩ tan như
Ca3(PO4)2, FePO4, AlPO4. Những dạng khĩ tan này trong những mơi trường cĩ pH thích hợp sẽ chuyển hĩa thành dạng dễ tan. Vi sinh vật giữ vai trị quan trọng trong quá trình này [6].
* Cơ chế phân giải phospho trong lân vơ cơ
Sự phân giải Ca3(PO4)2 cĩ liên quan mật thiết với sự sản sinh acid trong quá trình sống của vi sinh vật, trong đĩ acid carbonic rất quan trọng. H2CO3 làm cho Ca3(PO4)2 phân giải và chuyển hĩa thành Ca(H2PO4)2, Ca(HCO3)2 (dạng dễ tan) [6]; [41].
Quá trình phân giải theo phương trình sau:
Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 + H2O = Ca(H2PO4)2 + H2O + 2Ca(HCO3)2 (3.1) Trong các lơ thí nghiệm, hàm lượng phospho cĩ thay đổi nhưng khơng đáng kể. Nhìn chung, hàm lượng phospho dao động trong khoảng 2,12 – 3,48% và hàm lượng kali dao động trong khoảng 1,40 – 1,64%.
Theo tiêu chuẩn ngành 10 TCN 562 – 2002 cho phân hữu cơ vi sinh vật chế biến từ CTR sinh hoạt do Bộ Nơng nghiệp và Phát triển Nơng thơn ban hành, hàm lượng phospho ≥ 2,5% và kali ≥ 1,5%. Do đĩ, kết quả khảo sát phospho từ bùn hầm cầu
đạt tiêu chuẩn quy định ở các giai đoạn ủ, ngoại trừ một số giai đoạn ủ khơng đạt
chỉ tiêu quy định: CT3 – ngày 4 (2,12%), CT4 – ngày 16 (2,43%).
Kết quả phân tích Anova theo chỉ tiêu phospho cho thấy, hàm lượng phospho theo thời gian ủ khơng cĩ ý nghĩa về mặt thống kê (F = 0,81 < Fcrit = 2,5), kết quả tương tự theo tỉ lệ bổ sung hỗn hợp vi sinh vật (F = 2,14 < Fcrit = 2,77) với p > 0,05 (xem bảng P4). Vậy sự thay đổi của phospho trong các lơ thí nghiệm khơng phụ thuộc hàm lượng hỗn hợp vi sinh vật bổ sung vào khối ủ và thời gian ủ.
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Bảng 3.9: Kết quả khảo sát kali trong các lơ thí nghiệm
K (%) Ngày 4 8 12 16 20 CT1 1,56 1,53 1,38 1,32 1,17 CT2 1,40 1,64 1,44 1,38 1,41 CT3 1,46 1,60 1,53 1,35 1,32 CT4 1,40 1,71 1,47 1,35 1,38 CT5 1,46 1,60 1,50 1,38 1,21 CT6 1,46 1,60 1,56 1,63 1,47 CT7 1,40 1,79 1,57 1,64 1,25
Biểu đồ 3.4: Sự thay đổi hàm lượng kali trong các khối ủ theo thời gian
Kết quả khảo sát kali qua các giai đoạn ủ, hàm lượng kali đạt chỉ tiêu (> 1,5%) ở các lơ thí nghiệm ngày 8, ngày 12 (CT6, CT7) và ngày 16 (CT6, CT7), ngày 20 (CT6).
Kết quả nghiên cứu từ báo cáo tổng kết nghiệm thu đề tài 2009 của Phan Văn Bình - Trung tâm nghiên cứu và phát triển nơng nghiệp cơng nghệ cao cho thấy hàm lượng kali trong phân heo ủ cĩ chỉ số kali 0,11% và phospho là 1,12% [1].
Theo nghiên cứu của A.K.M.A Haque và J.M vanderpopuliere (1994) nghiên cứu trên phân chuồng cho thấy, hàm lượng phospho cĩ thay đổi nhẹ từ 2,3% – 3% và kali từ 1,3% – 1,9% [21].
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Kết quả phân tích Anova theo chỉ tiêu kali cho thấy, sự thay đổi hàm lượng phospho theo thời gian ủ khơng cĩ ý nghĩa về mặt thống kê (F = 1,56 < Fcrit = 2,5). Trong khi đĩ, sự thay đổi hàm lượng kali theo tỉ lệ bổ sung hỗn hợp vi sinh vật lại cĩ ý nghĩa về mặt thống kê (F = 9,38 > Fcrit = 2,77) với p > 0,05 (xem bảng P5). Kết quả cho thấy hàm lượng kali thay đổi phụ thuộc vào mật độ hỗn hợp vi sinh vật bổ sung vào các lơ thí nghiệm.
Qua kết quả phân tích, hàm lượng phospho đều đạt quy định cho phép làm phân bĩn (≥ 2,5% ), ngoại trừ CT3 – ngày 4 (2,12%), CT4 – ngày 16 (2,43%). Hàm lượng kali phù hợp là ngày 8, ngày 12 (CT6, CT7) và ngày 16 (CT6, CT7), ngày 20 (CT6 cĩ hàm lượng kali 1,47%).
3.8. Khảo sát hàm lượng carbon tổng số trong các lơ thí nghiệm
Bảng 3.10: Kết quả khảo sát hàm lượng carbon tổng số trong các lơ thí nghiệm
C (%) Ngày 4 8 12 16 20 CT 1 30,29 30,24 27,99 27,76 26,78 CT 2 30,48 30,99 28,37 27,95 26,31 CT 3 30,20 30,20 28,09 27,58 27,45 CT 4 30,80 30,20 28,65 27,76 27,75 CT 5 30,71 30,66 28,46 28,51 26,64 CT 6 30,06 30,34 28,32 27,99 28,65 CT 7 31,98 30,38 29,35 28,79 26,12