Việc quản lý và xử lý chất thải hữu cơ trờn thế giới mới chỉđược quan tõm
đỳng mức bắt đầu từ năm 1930. Trước đú do nhiều lý do mà việc quản lý, xử lý chất thải, phế thải cũn manh mỳn và tự phỏt. Sau chiến tranh thế giới thứ II nền
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 26
kinh tế cỏc nước bắt đầu phục hồi và phỏt triển, lỳc bấy giờ vấn đề xử lý rỏc thải mới được quan tõm.
Hiện nay, trờn thế giới cú rất nhiều phương phỏp xử lý chất thải hữu cơ cú nguồn gốc từ thực vật, động vật. Tựy theo điều kiện cụ thể mà những phương phỏp đú được thực hiện ở mỗi quốc gia là khỏc nhau, thậm chớ tựy theo từng giai
đoạn cụ thể mà người ta ỏp dụng từng phương phỏp thớch hợp.
(Nguồn: Nguyễn Xuõn Thành và cụng sự, 2003)
Hỡnh 1.4: Cỏc phương phỏp xử lý chất thải hữu cơ cú nguồn gốc thực vật, động vật.
Sau đõy là 3 phương phỏp điển hỡnh thường được ỏp dụng hiện nay nhiều trờn thế giới và Việt Nam:
1.5.1. Phương phỏp chụn lấp
Chụn lấp là phương phỏp xử lý khỏ lõu đời, cổ điển và đơn giản nhất. Phương phỏp này tốn ớt kinh phớ nhưng thời gian phõn hủy lõu dài, tốn diện tớch bề mặt và khú kiểm soỏt chất thải theo nước rỉ ra từ cỏc hố phế thải, cỏc chất này rất độc hại. Đối với phế thải đồng ruộng, phương phỏp này chỉ được sử dụng để
xử lý cho lượng phế thải đồng ruộng nguy hại như bao bỡ, chai, lọ đựng thuốc diệt cỏ, HCBVTV… Hiện nay, đó cú nhiều cụng ty nước ngoài giới thiệu cỏc vật
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 27
liệu phủ dưới đỏy và xung quanh cỏc hố cú chụn phế thải rất cú hiệu quả trong việc kiểm soỏt cỏc vấn đề này.
1.5.2. Phương phỏp đốt
Đõy là biện phỏp được sử dụng khỏ phổ biến trong xử lý phế thải đồng ruộng hiện nay, do lượng phế thải quỏ nhiều và rất dễ chỏy. Phương phỏp này vốn được người nụng dõn Nam bộ sử dụng từ lõu để tiờu hủy lượng rơm rạ trờn
đồng ruộng và tro sau quỏ trỡnh chỏy được xem là phõn bún. Hiện tượng đốt phế
thải nụng nghiệp ngay trờn đồng ruộng hiện nay đó lan ra cả những vựng đồng bằng sụng Hồng. Phương phỏp này gõy ụ nhiễm mụi trường khụng khớ rất nghiờm trọng, gõy hiệu ứng nhà kớnh và cỏc bệnh hụ hấp, gõy ra hiện tượng khúi mự cản trở tầm nhỡn của người điều khiển phương tiện giao thụng, vừa mất chất hữu cơ. Vỡ vậy, trong tương lai gần phương phỏp này cần phải được loại bỏ.
1.5.3. Phương phỏp sinh học
Hiện nay, phương phỏp sinh học để xử lý phế thải là phương phỏp tối ưu nhất, đang được tất cả cỏc nước sử dụng.
Phương phỏp sinh học là dựng cụng nghệ VSV để phõn hủy phế thải. Muốn thực hiện được phương phỏp này, điều quan trọng nhất là phải phõn loại
được phế thải, vỡ trong phế thải cũn nhiều phế liệu khú phõn giải như: tỳi polyetylen, vỏ chai lọ bằng thủy tinh và nhựa,…
a) Phương phỏp xử lý kị khớ
• Phương phỏp ủ kị khớ
Phương phỏp này được sử dụng nhiều ở nụng thụn nước ta, dựng để ủ
phõn chuồng, phõn xanh, thõn lỏ thực vật: thường đổ và chất phõn, rỏc thành
đống rồi trỏt kớn bằng bựn. Ban đầu cỏc loài VSV hiếu khớ phỏt triển, sau đú ớt oxy dần rồi bị chết, sau đú là cỏc thể kỵ khớ tựy tiện phỏt triển (cỏc thể này chủ
yếu trong ủ phõn rỏc – composting) và cuối cựng là cỏc thể kỵ khớ. Trong quỏ trỡnh ủ cỏc thể ưa ấm phỏt triển sớm nhất và tỏa nhiệt làm cho nhiệt độ đống ủ
tăng cao, cỏc thểưa ấm chết và thay thế bằng cỏc thểưa nhiệt, sau cựng là cỏc thể
kỵ khớ chịu nhiệt thấy cú mặt ởđống ủ khi nhiệt độ tới 70 ữ 85OC. Sản phẩm cuối cựng của quỏ trỡnh này là khớ CH4 (60ữ 65%), CO2 (khoảng 30 ữ 33%), lượng
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 28
nhỏ cỏc khớ khỏc và sinh khối vi sinh vật lẫn trong mựn. ( Nguyễn Xuõn Nguyờn,
Hoàng Đại Tuấn, 2004)
Phương phỏp này rất đơn giản, nhưng nhược điểm của nú là quỏ trỡnh kộo dài, khú triển khai mở rộng cho xử lý khối lượng lớn rỏc thải, cỏc khớ được tạo ra gõy ụ nhiễm mụi trường khụng khớ. Hơn nữa mựn rỏc thu được cú chất lượng khụng cao.
• Phương phỏp xử lý bằng lờn men metan
Phương phỏp này dựa trờn cơ sở phõn hủy yếm khớ cỏc chất hữu cơ tự nhiờn như: Xenluloza, Hemixenluloza, Lignin, Protein, tinh bột và cỏc chất cao phõn tử
khỏc. Quỏ trỡnh này cũn được gọi là quỏ trỡnh lờn men metan nhờ hoạt động của cỏc VSV yếm khớ. Cỏc loại VSV này sống hội sinh và phõn hủy cỏc hợp chất hữu cơ
trờn thành khớ CH4 và CO2 cựng một số khớ khỏc với một lượng nhỏ. Trong đú khớ CH4 chiếm tới 65%, đõy là phương phỏp được nghiờn cứu và ỏp dụng rộng rói ở
nhiều quốc gia, đặc biệt là cỏc nước ở chõu Á, chõu Mỹ và ởẤn Độ, Trung Quốc.
Ưu điểm của phương phỏp này là từ phế thải ta thu được một loại khớ cú thể chỏy được cho nhiệt lượng cao và khụng gõy ụ nhiễm mụi trường. Tuy nhiờn, phương phỏp này cũng cú nhược điểm là khú lấy chất thải sau khi lờn men và cần vốn đầu tư lớn.
b) Phương phỏp xử lý hiếu khớ
Xử lý phế thải theo phương phỏp hiếu khớ thường là ủ cú oxy. Cỏc chất hữu cơ cú trong rỏc là Xenluloza, Hemixenluloza, Lignin, Pectin, tinh bột, Protein, chất bộo trong quỏ trỡnh ủđều bị VSV phõn hủy. Cỏc VSV ởđõy là cỏc thể hiếu khớ và tựy tiện. Quỏ trỡnh này bao gồm:
• Ủ thành đống, lờn men tự nhiờn cú đảo trộn
Đõy là phương phỏp cổ điển, ở đõy phế thải được chất đống cú chiều cao khoảng 1,5 – 2,5 m hàng tuần cú đảo trộn. Nhiệt độ trung bỡnh trong quỏ trỡnh ủ là 55OC thời gian kết thỳc quỏ trỡnh ủ là 4 – 5 tuần, độẩm duy trỡ là 50 – 60%. Trong quỏ trỡnh này, cỏc loại nấm mốc và xạ khuẩn chuyển húa cỏc chất hữu cơ thành mựn. Phương phỏp này, tuy dễ thực hiện nhưng mất vệ sinh, gõy ụ nhiễm nguồn nước và khụng khớ. ( Chu Văn Thơm, Phan Thị Nhài, Nguyễn Văn Tú, 2006)
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 29
• Ủ phế thải thành đống khụng đảo trộn, cú thổi khớ
Phương phỏp này do Viện nghiờn cứu nụng nghiệp thực nghiệm Beltsville Hoa Kỳ thực hiện. Nú được phỏt triển trờn cơ sở cỏc phương phỏp xử lý nước thải, ởđõy phế thải được chất thành từng đống cú chiều cao 2 – 2,5 m. Phớa dưới
đống phế thải được lắp đặt một hệ thống phõn phối khớ. Nhờ quỏ trỡnh thổi khớ nhiệt độ trong bểđược ổn định và phự hợp với sự phỏt triển của nhiều loài VSV hơn. ( Chu Văn Thơm và cs., 2006)
• Ủ trong hệ thống thiết bị lờn men
Phương phỏp này cú thể kiểm soỏt chặt chẽ lượng khớ và nước thải do quỏ trỡnh lờn men trong cỏc thựng lờn men cú dung tớch khỏc nhau cú hệ thống thổi khớ. Hệ thống này được triển khai nhiều ở Nhật Bản. Điểm đặc biệt là nhờ cú hệ
thống này mà cỏc VSV đó chọn lọc kỹđược đưa vào quỏ trỡnh lờn men bổ sung cho hệ VSV tự nhiờn cú trong rỏc thải.
• Hệ thống xử lý phế thải cụng nghiệp
Cho đến nay, đó cú trờn 50 kiểu ủ phế thải cụng nghiệp khỏc nhau được triển khai trờn thế giới. Đặc điểm chung của hệ thống này là tựđộng húa rất cao, vỡ thế hiệu suất phõn hủy tốt. Tuy nhiờn, việc cung cấp năng lượng để vận hành toàn bộ hệ thống này rất tốn kộm, khụng thớch hợp với cỏc nước đang phỏt triển.
Ngoài cỏc biện phỏp xử lý trờn, thực tếở Việt nam người nụng dõn cũn xử
lý phế phụ phẩm hữu cơ (tàn dư thực vật) bằng cỏch vựi trực tiếp trờn đồng ruộng nhằm tận dụng khả năng phõn hủy tự nhiờn của vi sinh vật tạo cỏc chất dinh dưỡng cho cõy trồng ở vụ sau. Sử dụng biện phỏp này khỏ đơn giản, dễ ỏp dụng,
đặc biệt nõng cao hàm lượng chất hữu cơ cho đất. Tuy nhiờn nếu thời gian vựi quỏ ngắn, vi sinh vật chưa phõn hủy và chuyển húa kịp sẽ gõy ra hiện tượng tranh chấp dinh dưỡng tạm thời giữa cõy trồng và vi sinh vật là cho cõy bị thiếu dinh dưỡng tạm thời sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng phỏt triển. Hoặc một biện phỏp xử
lý khỏc nữa được ỏp dụng là tận dụng phế phụ phẩm nụng nghiệp làm thức ăn gia sỳc như rơm rạ, thõn lỏ khoai lang.. cho trõu bũ, tàn dư của cỏc loại rau làm thức
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 30
1.6. Một sốứng dụng cụng nghệ vi sinh vật trong xử lý phế thải đồng ruộng
Như đó núi ở trờn, phế thải đồng ruộng cú một vai trũ rất quan trọng đối với mọi hoạt động của con người. Ngoài cỏc ớch lợi thụng thường như làm chất
đốt, làm thức ăn chăn nuụi,… Thời gian gần đõy, trờn thế giới và Việt Nam đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ vi sinh vào xử lý rỏc thải, phế thải nụng nghiệp để sản xuất phõn bún hữu cơ và sản xuất năng lượng,… phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất.
1.6.1. Làm nguyờn liệu sản xuất phõn hữu cơ sinh học
Xu thế hiện nay là phỏt triển một nền nụng nghiệp bền vững – nụng nghiệp hữu cơ. Nhu cầu sử dụng phõn hữu cơ ngày càng nhiều, trong khi đú phõn hữu cơ từ phõn gia sỳc, gia cầm, cõy phõn xanh,… ngày càng bị thiếu hụt, khụng thểđỏp ứng đủ cho nhu cầu thõm canh như hiện nay. Mặt khỏc, ở Việt Nam hiện nay cú nhiều vựng đang duy trỡ tập quỏn đốt tàn dư thực vật như rơm rạ, thõn và lỏ cỏc cõy ngụ, đậu,… đó làm mất đi một lượng khỏ lớn cỏc chất dinh dưỡng, trong khi đú cỏc chất hữu cơ này cú thể trả lại cho đất.
Hàng năm, nước ta chỉ sản xuất được khoảng 2.669.137 tấn phõn bún đỏp
ứng được 8% nhu cầu về phõn đạm, 65% nhu cầu về phõn lõn của sản xuất nụng nghiệp, phần cũn lại phải nhập khẩu từ nước ngoài đặc biệt là kali phải nhập khẩu 100%. Trong giai đoạn 2005 – 2010 dự tớnh hàng năm nhu cầu sản xuất cần khoảng 1.504 ngàn tấn đạm, 813 ngàn tấn P2O5, 598 ngàn tấn K2O. Tương đương với 3.269 ngàn tấn phõn ure, 5.081 ngàn tấn phõn lõn và 997 ngàn tấn phõn kali. Nếu hàng năm ta tận dụng được nguồn phế thải nụng nghiệp sẽ giảm được 10 – 20% lượng phõn khoỏng và như vậy thỡ chỳng ta đó tiết kiệm được khoảng 110 – 221 triệu USD. ( Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thựy Dương, 2003)
Đứng trước sự thiếu hụt về phõn hữu cơ, sự suy thoỏi của đất do việc lạm dụng quỏ mức phõn bún húa học, sự ụ nhiễm mụi trường do rỏc thải phế thải gõy ra. Cựng với sự phỏt triển của ngành cụng nghệ sinh học, cỏc nhà khoa học Việt Nam đó và đang nghiờn cứu nhằm ứng dụng cụng nghệ VSV để sản xuất phõn hữu cơ và phõn hữu cơ vi sinh từ nguồn rỏc thải, phế thải sẵn cú bún cho cõy
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 31
trồng. Những nghiờn cứu này cú ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế, xó hội cũng như
mụi trường.
Quỏ trỡnh ủ sinh học tạo phõn compost là một phương phỏp truyền thống,
được ỏp dụng phổ biến và cú hiệu quả ở cỏc nước đang phỏt triển, trong đú cú Việt Nam. Quy trỡnh sản xuất phõn hữu cơ sinh học từ phế thải bao gồm cỏc giai
đoạn:
( Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thựy Dương, 2003)
Hỡnh 1.5. Quy trỡnh sản xuất phõn hữu cơ sinh học từ rỏc thải hữu cơ của nhà mỏy chế biến phế thải Việt Trỡ, Phỳ Thọ
Cỏc phế phụ phẩm trong quỏ trỡnh trồng trọt và thu hoạch, phõn chuồng trong chăn nuụi, … chứa cỏc thành phần hữu cơ cú khả năng phõn hủy sinh học tốt. Quỏ trỡnh ủ ỏp dụng với chất thải hữu cơ khụng độc hại, lỳc đầu là khử nước, sau là xử lý cho đến khi nú thành xốp và ẩm. Độẩm và nhiệt độđược kiểm tra để
giữ cho vật liệu luụn luụn ở trạng thỏi hiếu khớ trong suốt thời gian ủ. Quỏ trỡnh tự tạo ra nhiệt riờng nhờ quỏ trỡnh oxy húa sinh học cỏc chất thối rữa. Sản phẩm cuối cựng của quỏ trỡnh phõn hủy là CO2, H2O và cỏc bó mựn hữu cơ,… Sau đú
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 32
sản phẩm được đưa qua sàng phõn loại để loại bỏ cỏc chất trơ. Cuối cựng được phõn hữu cơ cú thể sử dụng để bún ngay hoặc phối trộn thờm một số thành phần dinh dưỡng cần thiết rồi sử dụng.
Sản phẩm sau xử lý phế thải bằng chế phẩm VSV đó tỏi chế để sản xuất phõn hữu cơ theo quy trỡnh của Học viện nụng nghiệp Việt Nam (kết quả của đề
tài B 99-32-46). Kết quả cho thấy: pHKCl của phõn đạt trung tớnh 7,2 - 7,5; độẩm 24 – 25%; độ xốp 68 – 72% ; OM tổng số 18,1 – 21,5%; N tổng số 1,0 – 1,2%; P2O5 3,0 – 3,4%; K2O 2,4 – 2,6%; P2O5 dễ tiờu 400 – 500 mg/100g; K2O trao đổi 300 – 320 mg/100g; vi khuẩn tỏi sinh 42 – 53.106 tế bào/g; vi khuẩn cốđịnh đạm 0,9 – 1,2.108 tế bào/g; vi khuẩn phõn giải lõn 7,1 – 9,2.106 tế bào/g. Chất lượng của phõn hữu cơ đạt tiờu chuẩn Việt Nam. ( Nguyễn Đường, Nguyễn Xuõn Thành, 1996)
Điều đặc biệt của loại phõn này là người nụng dõn hoàn toàn cú thể tự
chủ: tự làm và tự bún. Đểủ 1 tấn phõn, bà con chỉ cần cú nguyờn liệu là phế thải cú nguồn gốc từ cõy xanh (5 - 8 tạ) và phõn chuồng (2-5 tạ) cựng với một gúi chế
phẩm EMUNIV (1 gúi 200g với giỏ 15.000đ).
Tuỳ theo loại nguyờn liệu mà thời gian ủ khỏc nhau. Đối với phế thải nụng nghiệp, phõn chuồng thường ủ 25-30 ngày, những phế thải nụng nghiệp khỏc như
lỏ mớa, lừi thõn cõy ngụ... thỡ thời gian ủ dài hơn. Phõn dựng khụng hết nờn đỏnh
đống lại, che đậy cẩn thận để dựng về sau, phõn này ủ xong sử dụng tốt trong vũng 1 năm.
1.6.2. Làm nguyờn liệu sản xuất khớ sinh học
Khớ sinh học (Biogas) đó được thu nhận từ lõu và được sử dụng ở cỏc nước đang phỏt triển thuộc khu vực chõu Á – Thỏi Bỡnh Dương trong vài chục năm gần đõy, với mục đớch giới hạn ở vựng quờ làm chất đốt và thắp sỏng. Gần
đõy cụng nghệ này ngày càng được hoàn thiện và chuyển hướng sang sử dụng cỏc nguồn phế thải của sản xuất nụng, cụng nghiệp và sinh hoạt làm nguồn nguyờn liệu sản xuất khớ sinh học, để đa dạng húa nguồn năng lượng và giảm thiểu ụ nhiễm mụi trường. Hội thảo quốc tếở Narobi, thỏng 8 năm 1981 về “Cỏc nguồn năng lượng mới và năng lượng tỏi sinh” đó xỏc nhận cụng nghệ sản xuất
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nụng nghiệp Page 33
khớ sinh học, năng lượng mặt trời và năng lượng khớ hydro là 3 loại hỡnh cụng nghệ năng lượng cần phải quan tõm (hàng đầu là khớ sinh học) để giải quyết nhu cầu năng lượng ở nụng thụn, đặc biệt là ở cỏc quốc gia đang phỏt triển. (Nguyễn
Xuõn Thành và cụng sự, 2003)
Phõn động vật với phế thải cú nguồn gốc thực vật như rơm rạ, cỏc loại cõy phõn xanh,… là cơ chất rất thớch hợp cho lờn men metan. Sản lượng khớ sinh học phụ thuộc vào loại nguyờn liệu (bảng 1.5).
Bảng 1.5. Sản lượng khớ sinh học sinh ra từ một số nguyờn liệu hữu cơ
STT Nguyờn liệu Sản phẩm khớ sinh ra (L/1kg nguyờn liệu khụ, điều kiện ủ 30 ữ 35oC) Thành phần CH4 (%) 1 Chất thải của cỏc xớ nghiệp chế biến thực phẩm, rượu bia, hoa quả
975 75 2 Rỏc thải sinh hoạt 608 62 3 Vỏ gỗ và lỏ khoai tõy 526 75