PHẦN II. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
4. Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật phân giải xenlulo, tinh bột trong xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp, phế phụ phẩm chế biến thực phẩm
Theo tác giả Võ Văn Phước Quệ và Cao Ngọc Điệp đã phân lập và nhận
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 20 diện được một số chủng vi khuẩn có khả năng phân giải xenlulo từ dạ cỏ bò đó là 4 dòng vi khuẩn Q4, Q5, Q8, Q9 đều có khả năng sản sinh enzyme xelluloza và phân giải hiệu quả giấy photocopy và rơm rạ. Phân tích di truyền phân tử dựa trên trình tự 16S rRNA cho thấy dòng vi khuẩn Q5, Q8, Q9 đồng hình với dòng Bacillus megaterium, dòng vi khuẩn Q4 đồng hình với dòng Cellulomonas flavigena [21].
Trong giai đoạn 1986 – 2004 các nhà khoa học Việt Nam đã tiến hành nhiều công trình nghiên cứu về sử dụng các tác nhân sinh học trong tái sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp, phế thải chế biến nông sản: rơm, cây ngô, bã mía, thân lá lạc, sản phẩm phụ của cây dứa (bã, vỏ, ngọn…) làm thức ăn chăn nuôi [16]. Các tác giả Đặng Thị Thu [8], Lê Văn Hoàng [11] đã nghiên cứu qui trình ủ chua bã sắn làm thức ăn gia súc với qui mô nhỏ ở phòng thí nghiệm.
Năm 2005, Kỹ sư Lê Thị Bích Phượng (Viện Sinh học nhiệt đới) và cộng sự đã nghiên cứu thành công 2 loại chế phẩm sinh học ProBio-S và Bio-E ứng dụng trong chế biến bã thải CBTBS làm thức ăn chăn nuôi. Chế phẩm sinh học ProBio-S và Bio-E có chứa các chủng vi sinh vật có khả năng sinh glucoamylase, cellulase và α amylase và các chủng vi sinh vật có khả năng duy trì cân bằng hệ vi sinh vật đường ruôt (Bacillus sp., Lactobacillus sp., Saccharomyces sp) giúp cho quá trình chuyển hóa thức ăn chăn nuôi tốt hơn, vật nuôi được tăng cường sức đề kháng, kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng thức ăn chăn nuôi chế biến từ phế thải sau chế biến tinh bột sắn, lợn tăng trọng nhanh hơn (1,1-1,3kg/tháng) so với công thức đối chứng (chỉ ăn thức ăn bình thường). Tuy nhiên các công trình nghiên cứu và ứng dụng trên mới chỉ dừng ở phòng thí nghiệm, cho đến nay chưa có nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải sau CBTBS làm thức ăn chăn nuôi qui mô công nghiệp được báo cáo chính thức [16].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 21 Chế biến làm phân bón hữu cơ sinh học:
Việc ứng dụng công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học tại Việt Nam đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm trở lại đây, trong đó ứng dụng các chế phẩm vi sinh vật trong xử lý rác thải và phế thải nông nghiệp, công nghiệp chế biến nông sản ở Việt Nam đã được nghiên cứu và triển khai áp dụng tương đối rộng rãi. Nhiều đề tài khoa học công nghệ trọng điểm cấp Nhà (KHCN.07.17, KHCN.02.04, KC.08.07, KC.04.06) đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công trong xử lý phế thải hữu cơ, phế thải nhà máy chế biến mía đường, phế thải sinh hoạt, phế thải chế biến dứa [12,13]. Tuy nhiên các đề tài trên vẫn chưa nghiên cứu xử lý phế thải CBTBS làm phân bón hữu cơ sinh học.
Năm 2001, Trung tâm Công nghệ Môi trường (Đại học Bách Khoa Hà Nội) đã phát triển được giải pháp xử lý ô nhiễm cho các cơ sở chế biến sắn quy mô 1 tấn nguyên liệu/ngày; Tuy nhiên, mô hình này không mở rộng áp dụng cho các cơ sở sản xuất công suất lớn được. Bên cạnh đó, trên thị trường hiện nay đang xuất hiện một vài chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ nói chung, tuy nhiên ở Việt Nam chưa có một chế phẩm cụ thể hay công trình nghiên cứu trực tiếp nào về xử lý phế thải nhà máy chế biến tinh bột sắn đủ năng lực giải quyết bài toán thực tiễn được công bố chính thức [24].
Trong khuôn khổ của đề tài độc lập cấp Nhà nước giai đoạn 1998 – 2000 về “ Nghiên cứu thử nghiệm và tiếp thu công nghệ vi sinh vật hữu hiệu (EM) trong nông nghiệp và vệ sinh môi trường” do ĐH Nông nghiệp 1 Hà Nội chủ trì, các cán bộ khoa học của 12 đơn vị thực hiện và phối hợp đã xác định hỗn hợp các vi sinh vật hữu hiệu có tác dụng tích cực trong việc giảm thiểu ô nhiễm không khí của các bãi rác, rác thải sinh hoạt và ô nhiễm nước do các chất thải hữu cơ gây nên [14].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 22 Cho tới nay mặc dù chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ nói chung đang được bán trên thị trường, song ở Việt Nam chưa có một công trình nghiên cứu trực tiếp nào về xử lý phế thải nhà máy chế biến tinh bột sắn làm phân bón được công bố chính thức. Trong khuôn khổ đề tài ”Nghiên cứu công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng phục vụ chăm sóc cây trồng cho một số vùng sinh thái” mã số KC04.04 do Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam chủ trì (2001-2004) thuộc chương trình KHCN cấp nhà nước, Bộ môn Vi sinh vật-Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu và sản xuất thành công chế phẩm vi sinh vật Compost maker trong xử lý phế thải hữu cơ thành cơ chất trồng cây và đã xây dựng quy trình công nghệ
”Sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật chuyển hoá nguyên liệu giài hợp chất cacbon làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ sinh học” đã được Bộ Nông nghiệp & PTNT công nhận là tiến bộ kỹ thuật và cho phép áp dụng trong sản xuất. Sản phẩm sau xử lý được sử dụng làm cơ chất trồng cây bảo đảm độ an toàn sinh học [22,23]
Xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn làm thức ăn chăn nuôi
- Trong tự nhiên, phế thải nhà máy chế biến tinh bột sắn nếu không được xử lý có tốc độ phân hủy chậm, đặc biệt có chứa một lượng độc tố là axit hydrocyanic (HCN) đáng kể. Năm 1993, Ofuya và Obilor đã nghiên cứu khả năng lên men tự nhiên loại bỏ các độc tố trong phế thải để tái sử dụng phế thải sau chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm thức ăn gia súc, gia cầm. Thông thường vỏ sắn tập trung cyanogenic glucosides nhiều hơn ở nhu mô, quá trình lên men nhờ vi sinh vật đã làm giảm lượng Cyanide, khi lên men nhờ tổ hợp S. cerevise, Lactobacillus delbruckii và Lactobacillus coryneformis đã cho thấy ngoài tác dụng làm tăng hàm lượng protein 8.2%, quá trình lên men còn làm giảm Cyanide giảm xuống còn 6.2mg/kg. Phế thải sau chế biến tinh bột sắn được coi là an toàn nếu lượng Cyanide dưới ngưỡng độc là 30mg/kg [41,42]. Như vậy,
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 23 lượng giảm có thể coi là kết quả của khả năng tiết ra enzyme phytase của vi sinh vật trong nước thải. Enzyme này có khả năng thủy phân phytate, do đó giảm lượng phytate của vỏ sắn lên men. Trong quan điểm tăng lượng protein của hỗn hợp lên men gồm vỏ sắn với nước thải từ lên men tinh bột sắn ( nhiễm khuẩn và tự nhiên) và giảm đáng kể (p <0.05) trong các chất dinh dưỡng kháng (dư Cyanide và phytate), là hỗn hợp thức ăn gia súc có thể chấp nhận được và được đánh giá là tiêu hóa cao.
Xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn làm phân ủ (composting)
Phế thải dạng rắn sau quá trình chế biến tinh bột sắn được ủ theo phương pháp ủ compost trong điều kiện có kiểm soát về độ ẩm, nhiệt độ, oxi sẽ tạo ra sản phẩm phân hữu cơ phục vụ nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu cho thấy bón phân hữu cơ cho đất làm tăng độ mùn và khả năng giữ chất dinh dưỡng của đất trồng trọt. Tại các nhà máy chế biến tinh bột sắn, bã sắn được chất thành đống khoảng 500m3 , sau đó nước và nitrogen (thường là dạng ure) được thêm vào lúc ban đầu ủ. Rồi sau đó đống ủ được tưới nước và lật hoặc đảo trộn hàng tuần để lấy ôxi cho thời gian dài 3 tháng tiếp tục ủ. Sản phẩm cuối cùng sau đó được sàng lọc để lựa chọn những thành phần có kích thước thống nhất.
Độ ẩm cho hầu hết các quá trình composting là 50-70%(w/w), và lượng ôxi nên duy trì ở mức lớn hơn 0,1% và tốt nhất ở 5-12%. Tại tất cả các giai đoạn composting, mật độ vi khuẩn thường có nấm là nhiều hơn. Nấm mesophilic và thermophilic bị chết bởi nhiệt độ tăng cao trong quá trình của. Trong một số trường hợp. mật độ vi khuẩn thermophilic và actinomycete sẽ chiếm nhiều hơn mật độ vi khuẩn Mesophilic trong suốt quá trình sau của composting. Vi khuẩn là thành phần quan trong trong giai đoạn đầu và vi khuẩn metabolism sẽ chịu trách nhiệm làm tăng nhiệt độ xuất hiện trong composting trong khi nấm có vai trò quan trọng ở giai đoạn sau.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 24 Các chủng vi sinh vật thermophilic quan trọng trong quá trình composting gồm Bacillus stearothermophilus, Thermomonospora spp, Thermoactinomyces spp và Clostridium thermocellum while Geotrichum candidum, Aspergillus fumigatus, Mucor pusillus, Chaetomium thermophile, Thermoascus aurantiacus và Torula spp. Composting có thuận lợi là ngăn chặn nhiều mầm bệnh, tiêu diệt hạt cỏ dại và vi trùng gây bệnh trong giai đoạn ủ, tăng pH trên đất axit, tăng lượng vật liệu hữu cơ trong đất và cũng có thể giảm lượng phytotoxic, Sản phẩm sau quá trình ủ có thể sử dụng như một nguồn phân bón hữu cơ [45].