Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm openamix – lsc và trichoderma lên xử lý rác thải sinh hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***OOO*** PHAN TRỌNG HUY KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ PHẨM OPENAMIX – LSC VÀ TRICHODERMA LÊN XỬ LÝ RÁC THẢI SINH HOẠT Luận văn kỹ sƣ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 08/2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***OOO*** KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ PHẨM OPENAMIX – LSC VÀ TRICHODERMA LÊN XỬ LÝ RÁC THẢI SINH HOẠT Luận văn kỹ sƣ Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. DƢƠNG NGUYÊN KHANG PHAN TRỌNG HUY Khóa: 2002 - 2006 Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 08/2006 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY EVALUATE THE INFLUENCY OF OPENAMIX – LSC AND TRICHODERMA ON LITTER GRADUATIONTHESIS Major: Biotechnology Guide: Student: Ph.D DUONG NGUYEN KHANG PHAN TRONG HUY Term: 2002 – 2006 Ho Chi Minh City 08/2006 LỜI CẢM TẠ Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm tạ:  Ban hiệu trƣởng trƣờng Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả các quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tại trƣờng.  Tiến sỹ Dƣơng Nguyên Khang đã hết lòng hƣớng dẫn, tận tình chỉ dạy, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp.  Ban giám đốc dự án phát triển cộng đồng – VietNamplus – Công ty Thiện Chí đã cung cấp kinh phí cũng nhƣ tạo điều kiện để tôi thực hiện đề tài này.  Ông Freedom Tran Minh, Ban giám đốc công ty TNHH Hoá Hữu Cơ và Thƣơng Mại Việt Mỹ A.V.F đã cung cấp chế phẩm cho tôi thực hiện đề tài này.  Sau cùng tôi xin cảm ơn cha mẹ, các bạn bè thân yêu của lớp Công Nghệ Sinh Học khoá 28 đã chia sẽ cùng tôi những vui buồn cũng nhƣ hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập. Sinh viên thực hiện Phan Trọng Huy TÓM TẮT Đề tài: “Khảo sát ảnh hƣởng của chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma lên khả năng xử lý rác thải sinh hoạt ” đƣợc tiến hành từ ngày 06/02/2006 đến 10/08/2006 tại Tổ chức phát triển cộng đồng Vietnam Plus, huyện Đức Linh, tỉnh Bình Thuận. Mẫu đƣợc phân tích tại Trung tâm Công Nghệ Môi Trƣờng và Điểm nghiên cứu thuộc SAREC/Sida, Trại Thực Nghiệm trƣờng Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh. Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu khối hoàn toàn ngẩu nhiên một yếu tố với 5 nghiệm thức là các mức nồng độ khác nhau của chế phẩm bổ sung 2 lít Openamix – LSC và 4; 5 kg Trichoderma/ 1tấn rác thải sinh hoạt cùng cơ chất có hàm lƣợng vật chất khô là 20,03%. Kết quả thí nghiệm cho thấy bổ sung chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma làm hàm lƣợng amoniac giảm nhẹ theo nồng độ chế phẩm bổ sung là 90 mg/100g so với 101mg/100g rác của lô không bổ sung chế phẩm. Cùng với amoniac, hàm lƣợng đạm giảm nhẹ theo nồng độ chế phẩm bổ sung là 6,87% so với 8,58% ở lô không bổ sung chế phẩm. Mặc dù vậy khi so sánh với kết quả một số khảo sát khác thì nồng độ đạm khi bổ sung chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma để xử lý rác thải sinh hoạt là cao hơn nhiều. Bổ sung chế phẩm đã làm trị số pH của khối ủ tăng cao (8,34 so với 7,25 của lô không bổ sung chế phẩm) cũng nhƣ đảm bảo cho quá trình lên men vi sinh vật, làm mất nhanh mùi hôi của cơ chất ban đầu, nâng cao hàm lƣợng chất khoáng trong khối ủ. Phƣơng pháp ủ hiếu khí tùy nghi làm rác ủ mau hoai khi đánh giá. Độ mùn tăng lên nhanh chóng theo nồng độ chế phẩm bổ sung và theo thời gian (12,47% so với 7,96% và 11,32% ở ngày thứ 56 so với 7,65% ở ngày đầu tiên) giúp cho thời gian của quá trình ủ rút ngắn đi rất nhiều so với các phƣơng pháp khác. MỤC LỤC Lời cảm tạ ..........................................................................................................iii Tóm tắt .............................................................................................................. iv Mục lục .............................................................................................................. vi Danh sách chữ viết tắt ....................................................................................... ix Danh sách các bảng ........................................................................................... x Danh sách các hình ............................................................................................ xi PHẦN I. MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 1.1Đặt vấn đề .................................................................................................. 1 1.2 Mục đích và yêu cầu ................................................................................. 2 1.2.1 Mục đích ....................................................................................... 2 1.2.2 Yêu cầu ......................................................................................... 2 PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3 2.1 Rác thải sinh hoạt ..................................................................................... 3 2.1.1 Thành phần của rác thải sinh hoạt ................................................. 3 2.1.2 Tính chất của rác thải sinh hoạt .................................................... 4 2.1.2.1 Thành phần các nguyên tố hoá học của từng loại chất thải ................................................................................ 4 2.1.2.2 Công thức hoá học tiêu biểu của một số thành phần chất thải hữu cơ ........................................................................... 5 2.1.2.3 Tỉ lệ C/N của một số chất thải ........................................ 5 2.1.2.4 Độ ẩm trung bình của chất thải ....................................... 6 2.1.2.5 Giá trị nhiệt năng của một số chất thải ........................... 7 2.1.3 Một số phƣơng pháp xử lý rác thải sinh hoạt ............................... 8 2.1.3.1 Phƣơng pháp đổ rác thành đống ngoài trời ..................... 8 2.1.3.2 Phƣơng pháp chôn lấp hợp vệ sinh ................................. 9 2.1.3.3 Phƣơng pháp ủ chất thải (Waste Composting) .............. 11 2.4 Sơ lƣợc về các chế phẩm sinh học khảo sát trong thí nghiệm ................ 22 2.4.1 Openamix – LSC .......................................................................... 22 2.4.2 Trichoderma ................................................................................. 27 2.4.2.1 Đặc điểm sinh học của Trichoderma ............................. 27 2.4.2.2 Khả năng kiểm soát sinh học của Trichoderma ............. 29 2.5 Hiện trạng rác thải sinh hoạt ở địa bàn huyện Đức Linh ........................ 32 PHẦN III. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ......................... 34 3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài .................................................... 34 3.1.1 Thời gian ...................................................................................... 34 3.1.2 Địa điểm ....................................................................................... 34 3.2 Vật liệu .................................................................................................... 34 3.2.1 Vật liệu bố trí thí nghiệm ............................................................. 34 3.2.2 Vật liệu và thiết bị sử dụng trong phân tích thí nghiệm .............. 35 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................... 35 3.3.1 Bố trí thí nghiệm .......................................................................... 35 3.3.2 Các giai đoạn và thao tác trong quá trình ủ ................................. 36 3.3.3 Lấy mẫu ........................................................................................ 37 3.3.4 Chỉ tiêu phân tích ......................................................................... 37 3.3.4.1 Đánh giá cảm quan......................................................... 37 3.3.4.2 Chỉ tiêu hoá – lý ............................................................. 37 3.3.4 Xử lý số liệu ................................................................................. 39 PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 40 4.1 Đánh giá cảm quan .................................................................................. 40 4.1.1 Mùi ............................................................................................... 40 4.1.2 Màu sắc và ẩm độ......................................................................... 41 4.1.2.1 Màu sắc của lô ủ theo thời gian ..................................... 41 4.1.2.2 Ẩm độ của lô ủ theo thời gian ........................................ 43 4.2 Chỉ tiêu lý – hoá ...................................................................................... 44 4.2.1 Biến đổi pH và nhiệt độ của lô ủ .................................................. 44 4.2.2 Biến đổi vật chất khô và độ mùn của lô ủ .................................... 45 4.2.3 Biến đổi NH3 và Nitơ tổng số của lô ủ ........................................ 46 4.2.4 Biến đổi Mg và Ca trong lô ủ ....................................................... 48 PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................. 50 5.1 Kết luận ................................................................................................... 50 5.2 Đề nghị .................................................................................................... 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 52 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐC: Đối chứng (Nghiệm thức 1) NT2: Nghiệm thức 2 NT3: Nghiệm thức 3 NT4: Nghiệm thức 4 NT5: Nghiệm thức 5 BOD: Biochemical Oxygen Demand COD: Chemicai Oxygen Demand PVC: Poly Vinyl Clorua VSV: Vi Sinh Vật Km: Kilomet AOX: các hợp chất halogen thấm nƣớc CNMT: Công Nghệ Môi Trƣờng ĐHNL: Đại Học Nông Lâm TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh DANH SÁCH CÁC BẢNG TRANG Bảng 2.1 Thành phần rác thải sinh hoạt ............................................................ 3 Bảng 2.2 Thành phần các nguyên tố trong rác thải sinh hoạt ........................... 4 Bảng 2.3 Công thức hoá học tiêu biểu cho một số chất hữu cơ ........................ 5 Bảng 2.4 Tỷ lệ C/N của một số chất thải .......................................................... 6 Bảng 2.5 Ẩm độ một số chất thải ...................................................................... 7 Bảng 2.6 Giá trị nhiệt năng của một số chất thải .............................................. 7 Bảng 2.7 Điểm nhiệt chết của một số vsv gây bệnh ........................................ 12 Bảng 2.8 Các loài VSV gây bệnh có trong chất thải hữu cơ ........................... 16 Bảng 2.9 Nguyên tố vi lƣợng của Openamix - LSC ........................................ 24 Bảng 2.10 Nguyên tố vi lƣợng của Openamix - LSC ...................................... 25 Bảng 2.11 Phân tích thành phần hóa học của hợp chất OPENAMIX ............. 26 Bảng 2.12 Thành phần của rác thải sinh hoạt ................................................. 33 Bảng 2.13 Bố trí thí nghiệm ............................................................................. 35 Bảng 4.1 Thay đổi màu sắc của rác ủ theo thời gian ....................................... 42 Bảng 4.2 Biến đồi ẩm độ của lô ủ theo thời gian ............................................. 43 Bảng 4.3 Biến đổi pH và nhiệt độ của lô ủ theo nồng độ chế phẩm bổ sung .. 44 Bảng 4.4 Biến đổi pH và nhiệt độ của lô ủ theo thời gian ............................... 44 Bảng 4.5 Thay đổi vật chất khô và độ mùn theo nồng độ chế phẩm ............... 45 Bảng 4.6 Thay đổi vật chất khô và độ mùn theo thời gian .............................. 46 Bảng 4.7 Biến đổi NH3 và Nitơ tổng số của lô ủ theo nồng độ chế phẩm ....... 46 Bảng 4.8 Biến đổi NH3 và Nitơ tổng số của lô ủ theo thời gian ...................... 47 Bảng 4.9 Biến đổi Mg và Ca trong lô ủ theo nồng độ chế phẩm bổ sung ....... 48 Bảng 4.10 Biến đổi Mg và Ca trong lô ủ theo thời gian .................................. 48 DANH SÁCH CÁC HÌNH TRANG Hình 2.1 Sự biến động VSV hiếu khí và yếm khí ............................................ 10 Hình 2.2 Sự phát triển của VSV theo thời gian và nhiệt độ đống ủ ................ 15 Hình 2.3 Sự phát triển củaVSV gây bệnh có trong đống ủ .............................. 17 Hình 2.4 Mối quan hệ giữa sự tạo thành sinh khối VSV và hoạt tính enzym . 17 Hình 2.5 Ảnh hƣởng giữa hoạt tính enzym lên hàm lƣợng cơ chất ................. 18 Hình 2.6 Quá trình tổng hợp và phản ứng enzym ............................................ 19 Hình 2.7 Giả thuyết tạo mùn ............................................................................ 20 Hình 2.8 Các quá trình sinh học khi ủ chất thải ............................................... 21 Hình 2.9 Vị trí địa lý Huyện Đức Linh ............................................................ 32 Hình 4.1 Các màu sắc thay đổi của rác theo thời gian ..................................... 41 Hình 5.1 Quy trình sản xuất và tái chế ............................................................. 51 PHẦN I. MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đời sống con ngƣời ngày càng phát triển thì lƣợng rác thải mà con ngƣời thải ra môi trƣờng cũng ngày càng tăng đến mức không thể kiểm soát nổi. Lƣợng rác mà con ngƣời thải ra tăng lên về số lƣợng và đa dạng về chủng loại. Với chiều hƣớng phát triển nhƣ thế, tác động của rác thải lên môi trƣờng là rất phức tạp. Môi trƣờng ngày càng bị ô nhiễm, đất đai trở nên nghèo dinh dƣỡng và tích tụ nhiều chất độc hại, nguồn nƣớc mặt bị ô nhiễm nghiêm trọng, môi trƣờng sống của sinh vật bị đe doạ [7]. Để hạn chế tác hại của rác thải và bảo vệ sự trong sạch của môi trƣờng sống, ngành môi trƣờng ngày càng phát triển, từ một ngành môi trƣờng lạc hậu có cách xử lý sơ bộ thành ngành công nghệ môi trƣờng có nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong phạm vi rộng lớn, đã và đang đem lại những kết quả thuyết phục. Trong số các loại rác thải ra môi trƣờng thì rác thải sinh hoạt là đa dạng và phức tạp nhất. Mặc dù đã có nhiều phƣơng pháp xử lý khác nhau đƣợc áp dụng, thế nhƣng kết quả sau xử lý vẫn chƣa đƣợc nhƣ mong muốn. Để đáp ứng phần nào trong việc xử lý rác thải sinh hoạt, ngành công nghệ sinh học đã cho ra thị trƣờng những sản phẩm xử lý mang tính sinh học (probiotic) gần gũi với môi trƣờng và cho kết quả khả quan hơn. Chế phẩm sinh học này là những chế phẩm có khả năng phân huỷ và xử lý ô nhiễm môi trƣờng từ rác thải sinh hoạt, tạo nguồn phân bón hữu cơ bền vững với nông nghiệp nhƣ: Bio-F, Bio-AF, Openamix, Trichoderma… Từ những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát ảnh hƣởng của chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma lên xử lý rác thải sinh hoạt” nhằm xem ảnh hƣởng của hỗn hợp chế phẩm Openamix – LSC và Trichoderma lên khả năng xử lý rác thải sinh hoạt để tạo ra phân bón hữu cơ sinh học có giá trị dinh dƣỡng cao. 1.2 Mục đích và yêu cầu 1.2.1 Mục đích  Đánh giá tác động của các tỉ lệ bổ sung chế phẩm sinh học Openamix - LSC và trichoderma lên rác ủ về khả năng xử lý rác thải sinh hoạt tạo phân bón hữu cơ cho cây trồng sau khi pha trộn và ủ rác với cơ chất  So sánh tác động của từng nồng độ hỗn hợp khác nhau lên khả năng xử lý rác nhằm đề xuất nghiệm thức tối ƣu trong thử nghiệm này. 1.2.2 Yêu cầu  Thử nghiệm ảnh hƣởng của hỗn hợp chế phẩm lên rác thải sinh hoạt của thị trấn Đức Tài, Huyện Đức Linh, Tỉnh Bình Thuận để tạo phân bón cho cây trồng qua việc khảo sát các chỉ tiêu liên quan. PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Rác thải sinh hoạt 2.1.1 Thành phần của rác thải sinh hoạt Rác thải sinh hoạt là hỗn hợp các chất không sử dụng đƣợc trong sinh hoạt và sản xuất mà con ngƣời thải ra môi trƣờng. Loại chất thải sinh hoạt và nguồn gốc phát sinh đƣợc trình bày ở bảng 2.1. Bảng 2.1 Loại và nguồn gốc phát sinh chất thải sinh hoạt Loại chất thải Nguồn gốc phát sinh Chất thải động vật và thực vật có chứa nƣớc và dễ bị thối rữa Từ quá trình chế biến và cung cấp thực phẩm, từ các chợ, trong quá trình sử dụng và buôn bán thực phẩm. Tro và những chất còn lại sau khi đốt các nhiên liệu sử dụng trong sinh hoạt. Sinh hoạt hằng ngày Chất dễ cháy: giấy cacton, gỗ, hộp, vỏ bào, nhựa, giẻ rách, quần áo, da, cao su, cỏ, lá cây…. Từ các hộ gia đình, các cơ quan, các công ty thƣơng mại - dịch vụ nhƣ: khách sạn, nhà hàng, cửa hàng, chợ…. Chất không cháy: vỏ hộp và lá kim loại, bùn nhão, gạch đá, đồ gốm sứ, chai lọ, đồ thuỷ tinh…. Từ các hộ gia đình, các cơ quan, các công ty thƣơng mại - dịch vụ nhƣ: khách sạn, nhà hàng, cửa hàng, chợ…. Nguồn: Phạm Hùng Việt và Lê Phƣơng Lan, 1996. Rác thải sinh hoạt là hỗn hợp cả chất thải hữu cơ dễ và khó phân huỷ, khó phân huỷ, các chất vô cơ, chất độc hại và VSV có khả năng gây bệnh. Trong các loại rác thải sinh hoạt thì các chất thải từ nguồn thực vật chiếm số lƣợng lớn. Theo phân tích sơ bộ thành phần của rác thải sinh hoạt gồm: - Rác thải ở những khu dân cƣ, khu thƣơng mại - Rác thải công sở, trƣờng học, công trình công cộng - Rác thải khu công nghiệp, khu xây dựng, khu vui chơi giải trí Rác thải sinh hoạt ở các vùng khác nhau có thành phần vật chất tồn tại trong đó rất khác nhau. Sự khác biệt này phụ thuộc vào những yếu tố sau: - Trình độ quản lý xã hội của tổ chức chính quyền. - Trình độ kỹ thuật trong sản xuất công nông nghiệp. - Mùa trong năm. 2.1.2 Tính chất của rác thải sinh hoạt Chất thải sinh hoạt là loại chất thải tƣơng đối phức tạp, đây là một hỗn hợp đƣợc tạo thành bởi nhiều nguồn khác nhau. Chính vì thế, không thể có một chất nào có tính chất vật lý và hoá học đại diện cho tất cả. Trong khi nghiên cứu các nhà khoa học đã không gộp chung tất cả mà phân loại ra để xác định tính chất vật lý và hoá học của từng thành phần trong chất thải sinh hoạt. 2.1.2.1 Thành phần các nguyên tố hoá học của từng loại chất thải Trong chất thải có rất nhiều nguyên tố hoá học. Tuỳ bản chất của tƣờng loại chất thải, số lƣợng nguyên tố khác nhau rất lớn. Tìm hiểu đƣợc thành phần của rác thải sinh hoạt đã giúp cho các nhà khoa học đƣa ra đƣợc nhiều phƣơng pháp để tái chế và tái sử dụng nhƣ: tái chế nylon, tạo phân bón hữu cơ, tái chế PVC, …vv. Bảng 2.2 Thành phần các nguyên tố trong rác thải sinh hoạt STT Thành phần % trọng lƣợng C H2 O2 N2 S Tro 1 Chất thải thực phẩm 48,0 6,4 37,6 2,6 0,4 5,0 2 Giấy 43,5 6,0 44,0 0,3 0,2 6,0 3 Plastic 60,0 7,2 222,8 - - 10,0 4 Sợi, vải 55,0 6,6 31,2 4,6 0,15 2,5 5 Cao su 78,0 10,0 - 20 - 10,0 6 Chất thải làm vƣờn 47,8 6,0 38,0 3,4 0,3 4,5 7 Gỗ 49,5 6,0 42,7 0,2 0,1 1,5 8 Bụi gạch, các loại xà bần khác 26,3 3,0 2,0 0,5 0,2 68,0 Nguồn: Lê Huy Bá và Cao Xuân Bách, 2000. 2.1.2.2 Công thức hoá học tiêu biểu của một số thành phần chất thải hữu cơ Trong chất thải sinh hoạt, thành phần hữu cơ chiếm một lƣợng lớn. Ngƣời ta phân loại và xác định công thức tiêu biểu của từng loại chất hữu cơ nhằm mục đích xác định nhu cầu oxy cần thiết cho quá trình ủ hiếu khí chất thải. Bảng 2.3 Công thức hoá học tiêu biểu cho một số chất hữu cơ STT Các chất thải Công thức hoá học tiêu biểu 1 Carbohydrate (C6H10O5)x 2 Protein C16H24O5N4 3 Chất béo và dầu C50H90O6 4 Bùn cặn Bùn cặn đơn Bùn hỗn hợp C22H39O10N C10H19O3N 5 Mẫu vụn chất thải nói chung C64H104O37N 6 Gỗ C99H148O59N 7 Cỏ C295H420O186N 8 Rác sinh hoạt nói chung C23H38O17N 9 Vi khuẩn C5H7O2N 10 Nấm sợi C10H17O6N Nguồn: Lê Huy Bá và Cao Xuân Bách, 2000. 2.1.2.3 Tỉ lệ C/N của một số chất thải Tỷ lệ C/N nói lên mức cân bằng dinh dƣỡng cho VSV sinh trƣỡngphát triển có trong khối ủ nhằm dự báo thời điểm và hiệu quả của quá trình ủ. Nếu C/N quá cao, điều đó chứng tỏ hàm lƣợng C nhiều trong lúc N thiếu, quá trình ủ sẽ có 2 thời điểm cần lƣu ý: - Thời điểm bắt đầu ủ nguyên liệu ủ thiếu nguồn nitơ, cần phải cung cấp nguồn nitơ để cho VSV hoạt động. - Thời điểm cuối quá trình ủ cho thấy tốc độ phân giải các hợp chất chứa nitơ nhanh, trong lúc tốc độ phân giải các hợp chất chứa carbohydrate quá chậm. Tỷ lệ C/N của một số chất thải sinh hoạt đƣợc thể hiện qua bảng 2.4. Bảng 2.4 Tỷ lệ C/N của một số chất thải STT Các chất thải Hàm lƣợng nitơ (% trong lƣợng khô) Tỷ lệ C/N 1 Phân, hầm cầu 5,5 – 6,5 6 – 10 2 Nƣớc tiểu 15 – 18 0,8 3 Máu 10 -14 3,0 4 Phân bò 1,7 18 5 Phân gà 6,7 15 6 Phân cừu 3,8 - 7 Phân heo 3,8 - 8 Phân ngựa 2,3 25 9 Chất cặn lắng tƣơi 4 – 7 11 10 Chất cặn lên men 2,4 - 11 Bùn hoạt tính 5,0 6 12 Cỏ ủ 3 – 6 12 – 15 13 Chất thải từ rau 2,5 – 4 11 – 12 14 Cỏ hổn hợp 2,4 19 15 Vỏ, vụn từ khoai tây 1,5 25 16 Trấu lúa mì 0,3 – 0,5 128 – 150 17 Trấu lúa nƣớc 0,1 200 - 500 Nguồn: Nguyễn Đức Lƣợng và Nguyễn Thị Thùy Dƣơng, 2003. 2.1.2.4 Độ ẩm trung bình của chất thải Xác định độ ẩm của các chất thải có ý nghĩa quan trọng để tính toán thiết bị thu gom và vận chuyển để đánh giá khả năng phân huỷ chất thải. Ẩm độ một số chất thải đƣợc trình bày ở bảng 2.5. Bảng 2.5 Ẩm độ một số chất thải STT Thành phần chất thải % khối lƣợng Ẩm độ (%) 1 Chất thải thực phẩm 15 70 2 Giấy 40 6 3 Plastic 3 2 4 Sợi, vải 2 10 5 Cao su 0,5 2 6 Chất thải làm vƣờn 12 60 7 Gỗ 2 20 8 Thuỷ tinh 8 <1 9 Vỏ đồ hộp kim loại 6 <1 10 Kim loại không có sắt 1 <1 11 Kim loại có sắt 2 <1 12 Bụi, gạch, đá 4 8 Nguồn: Nguyễn Đức Lƣợng và Cao Cƣờng, 2003. 2.1.2.5 Giá trị nhiệt năng Giá trị nhiệt năng là nhiệt lƣợng tạo thành khi đốt chất thải rắn. Giá trị nhiệt năng của chất thải có trong một số chất thải bảng 2.6 là trị số quan trọng giúp ta xác lập đƣợc phƣơng pháp xử lý có hiệu quả. Bảng 2.6 Giá trị nhiệt năng của chất thải STT Thành phần chất thải Nhiệt năng Khoảng giá trị Trung bình 1 Chất thải thực phẩm 3489 – 6978 4652 2 Giấy 11630 – 18608 16747,2 3 Cotton 13956 – 17445 16282 4 Chất dẻo 27912 – 37216 32564 5 Vải vụn 15119 – 18608 17445 6 Cao su 20934 – 27912 23260 7 Da vụn 15119 – 19771 17445 8 Lá cây, cỏ 2326 - 18608 6512,8 9 Gỗ 17445 – 19771 18608 10 Thuỷ tinh 116,3 – 220,6 18608 11 Hộp kim loại 232,6 – 1163 697,8 12 Kim loại 232,6 – 1163 697,8 13 Bụi, tro, gạch 2326 - 11630 6978 Nguồn: Nguyễn Đức Lƣợng và Nguyễn Thị Thuỳ Dƣơng, 2003. 2.1.4 Một số phƣơng pháp xử lý rác thải sinh hoạt Có nhiều phƣơng pháp để xử lý chất thải hữu cơ tuỳ theo giai đoạn và điều kiện cụ thể. Các phƣơng pháp đƣợc tóm tắt theo hình minh hoạ sau: Nguồn: Lê Huy Bá và Cao Xuân Bách, 2000. 2.1.4.1 Phƣơng pháp đổ rác thành đống ngoài trời Đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng nhiều nhất, đơn giản nhất, ít tốn kém nhất và cũng gây ra nhiều vấn đề cho môi trƣờng nhất. Theo phƣơng pháp này, chất thải đƣợc thu gom, vận chuyển đến một địa điểm đã xác định là nơi xử lý. Địa điểm đổ chất thải thƣờng là nơi đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau: xa nơi dân cƣ, xa nguồn nƣớc, dễ vận chuyển. Ở nhiều nƣớc, ngƣời ta đổ rác thành từng đống có kích thƣớc khác nhau. Lớp rác này đổ chồng lên lớp rác khác tạo nên sự hỗn độn không theo một quy định nào. Chính vì thế, phƣơng pháp này có những nhƣợc điểm sau: - Bề mặt bãi rác không đƣợc phủ kín, làm thất thoát khí từ bãi rác. Các chất khí này bao gồm CH4, CO2, H2S, NH3, scatol, indol và nhiều khí gây mùi khó chịu khác. Hiện tƣợng ô nhiễm không khí trầm trọng đến mức những khu vực xung quanh Chất thải hữu cơ từ nguồn động vật và thực vật Phƣơng pháp đổ thành đống rác tự nhiên Phƣơng pháp xử lý công nghiệp Phƣơng pháp chôn lấp hợp vệ sinh Phƣơng pháp thiêu, đốt Phƣơng pháp ủ Phƣơng pháp sản xuất biogas ngƣời dân không thể chịu đƣợc và có thể lan xa hàng Km (Tuổi Trẻ ngày 14/06/2006). - Do không có lớp phủ bề mặt, nên nƣớc mƣa thấm qua nhiều lớp rác, rửa trôi các thành phần dễ phân huỷ vào nƣớc rò rỉ, tạo ra lƣợng nƣớc rò rỉ lớn, có mức độ ô nhiễm cao. Khi đổ rác thành đống, ngƣời ta không tác động để thúc đẩy hoạt động VSV có trong đống rác, vì vậy quy trình sinh hoá xảy ra trong đống rác phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên. Do đó thời gian phân huỷ rác rất lâu, khoảng 8 tháng đến 2 năm. Hơn nữa, mức độ phân huỷ kiểu ủ tự nhiên này thƣờng không cao và hoàn toàn không đồng đều ở mọi vị trí của bãi rác. - Phần lớn các nơi đổ rác này tiếp nhận lƣợng rác chƣa phân loại. Do đó trong đống rác chứa rất nhiều chất khó phân huỷ, thậm chí chứa cả những chất độc hại. Những thành phần độc hại có sẳn trong đống rác, cộng với những chất độc hại phát sinh trong quá trình ủ tạo ra mối nguy hiểm rất lớn cho môi trƣờng đất, đặc biệt khi ngƣời ta sử dụng chất thải này làm phân bón. Khi đó, các chất độc hại sẽ đi vào thực phẩm, ngƣời và động vật ăn các loại thực phẩm đƣợc bón những loại phân này sẽ bị ngộ độc. Để đảm bảo bãi rác không gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh, công việc quản lý bãi rác trở nên rất tốn kém vì hằng ngày lƣợng khí thải, nƣớc rò rỉ từ bãi rác vẫn thoát vào môi trƣờng. Điều đó nói lên việc quy hoạch và chọn phƣơng pháp xử lý ban đầu rất quan trọng, sai trong chọn lựa phƣơng pháp sẽ rất tốn kém cho việc sửa sai đó. 2.1.4.2 Phƣơng pháp chôn lấp hợp vệ sinh Bản chất của phƣơng pháp này là lƣu giữ các loại chất thải trong một hố, phía trên có phủ một lớp đất. Phƣơng pháp này đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới áp dụng vì dễ thực hiện và chi phí không cao. Sau vài năm, ngƣời ta tiến hành khai thác hoặc không những hố chôn rác này. Chôn lấp hợp vệ sinh là phƣơng pháp chôn lấp rác vào cùng một hố đào có tính toán về dung lƣợng, có gia cố cẩn thận để kiểm soát khí thải và kiểm soát lƣợng nƣớc rò rỉ. Cả hai phƣơng pháp trên đều dựa trên nền tảng là tạo môi trƣờng yếm khí để VSV tham gia phân huỷ các thành phần hữu cơ có trong rác. Nhƣng khác nhau là phƣơng pháp ủ tự nhiên không kiểm soát còn phƣơng pháp chôn lấp có kiểm soát hiện tƣợng ô nhiễm đất, nƣớc và không khí. Thời gian đầu của quá trình chôn lấp, các VSV hiếu khí và cả VSV yếm khí tuỳ tiện hoạt động. Trong thời gian này, khối rác chôn lấp vẫn tồn tại một lƣợng oxy có trong không khí ở hố rác giúp các loài VSV trong khối rác hoạt động mạnh. Thời gian lên men này là thời gian hiếu khí. Thời gian hiếu khí thƣờng kéo dài không lâu, tiếp đó dần dần chuyển sang giai đoạn yếm khí. Nhiệt độ ở thời gian lên men hiếu khí bắt đầu tăng dần và khi chuyển sang giai đoạn yếm khí, nhiệt độ dần dần chuyển sang ổn định ở mức độ cao. Hình 2.1 Sự biến động VSV hiếu khí và yếm khí [7] Do lƣu lƣợng không khí trong đống rác không đủ nên quá trình hô hấp hiếu khí là quá trình không hoàn toàn. Các quá trình phân giải cellulose, hemicellulose, pectin, protein và tinh bột trong giai đoạn này không đạt đến mức tạo ra sản phẩm cuối cùng. Thậm chí những thành phần khó phân huỷ nhƣ cellulose, hemiceluulose, pectin và lignin chƣa đƣợc phân giải. Quá trình phân giải hiếu khí làm tăng sinh khối của VSV hiếu khí. Trong giai đoạn đầu, sinh khối VSV tăng nhanh, sau đó giảm nhanh. Hiện tƣợng giảm nhanh là do thiếu oxy rất đột ngột trong khối rác, sinh khối giảm và lập tức lƣợng sinh khối nay bị tự phân. Thành phần protein của sinh khối VSV sẽ kết hợp với thành phần phân huỷ không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khác sẽ tạo thành mùn trong khối ủ. Khi nhiệt độ tăng và lƣợng không khí chứa oxy giảm, làm cho trứng giun sán, rệp, côn trùng cánh cứng, giun và động vật nguyên sinh cũng bị tiêu diệt. Sản phẩm tạo ra do hoạt động của vi sinh vật là các axít hữu cơ, các chất mùn, các chất khí CO2, NH3, CH4, H2S….và cả sinh khối VSV. Về nguyên tắc, các Tổng số VSV VSV yếm khí VSV hiếu khí Thời gian(ngày) chất dễ phân giải sẽ đƣợc VSV phân giải trƣớc, các chất khó phân giải sẽ lần lƣợt đƣợc phân giải từ từ cho đến khi mức độ phân giải thấp nhất và khối rác chôn lấp đạt đƣợc mức độ ổn định. Nhƣ vậy, bản chất của phƣơng pháp chôn lấp hợp vệ sinh là duy trì và phát triển các quá trình sinh học xảy ra trong hố chôn lấp và thực hiện các biện pháp kiểm soát ô nhiễm do hố chôn lấp chất thải gây ra. 2.1.4.3 Phƣơng pháp ủ chất thải (Waste Composting) a. Giới thiệu chung Theo Haug (1980) ủ chất thải là quá trìmh phân giải sinh học chất hữu cơ dẫn tới sự ổn định khối ủ trong tồn trữ và sử dụng nhƣ một dạng phân hữu cơ [7]. Theo Berira – Neta (1987) ủ chất thải là sự kiểm soát quá trình hiếu khí hoạt động của các VSV ƣa ấm và ƣa nóng [7]. Kết quả của các hoạt động VSV tạo ra CO2, nƣớc, các chất khoáng và chất hữu cơ ổn định [7]. Về tổng thể, quá trình ủ là quá trình phân giải một loạt các chất hữu cơ có trong rác thải sinh hoạt, bùn cặn, phân gia súc, gia cầm, các chất thải hữu cơ nông nghiệp. Quá trình này đƣợc thực hiện cả trong điều kiện hiếu khí và yếm khí. - Ủ hiếu khí: là quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ nhờ VSV khi có mặt của oxy. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải này là CO2, NH3, nƣớc, nhiệt, các chất hữu cơ đã ổn định và sinh khối VSV. - Ủ yếm khí: là quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ bởi vsv khi không có mặt của oxy. Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là CH4, CO2, NH3, một vài loại khí khác với số lƣợng rất nhỏ, các axít hữu cơ, nhiệt, các chất hữu cơ đã ổn định và sinh khối VSV. NH3 đƣợc tạo ra cả trong điều kiện hiếu khí và yếm khí nhanh chóng đƣợc các vi khuẩn nitrat hoá có trong khối ủ chuyển thành NO3 -. Ủ hiếu khí thƣờng xảy ra rất nhanh, ủ yếm khí cần một khoảng thời gian dài hơn. Cả quá trình ủ hiếu khí và ủ yếm khí đều có những ƣu điểm sau: + Làm ổn định chất thải Khi chất thải đƣợc ủ, nhờ hoạt động sống của VSV, các chất thải sẽ đƣợc chuyển hoá sang trạng thái ổn định và khi đó việc bón chất thải đã qua xử lý vào đất sẽ không gây ra hiện tƣợng ô nhiễm. Quá trình ủ là quá trình đã đƣợc kiểm soát, vì vậy rất có lợi cho môi trƣờng. + Ức chế hoặc tiêu diệt mầm bệnh Chất thải hữu cơ thƣờng đƣợc xem nhƣ một môi trƣờng tự nhiên rất tốt cho các mầm bệnh (VSV gây bệnh, giun, sán, các loại ký sinh trùng khác). Các VSV gây bệnh thƣờng có nhiệt độ phát triển từ 30 – 40 0C, Khi chất thải đƣợc đƣa vào ủ qua thời gian 3 – 4 ngày, nhiệt độ đã có thể tăng lên 50 – 60 0C. Ở nhiệt độ này, phần lớn các sinh vật gây bệnh trong chất thải sẽ bị tiêu diệt, số còn lại sẽ bị tiêu diệt dần do nhiệt độ cao kéo dài trong nhiều ngày. Khả năng chịu nhiệt của một số VSV gây bệnh đƣợc trình bày trong bảng 2.7. Bảng 2.7 Điểm nhiệt chết của một số vsv gây bệnh VSV và ký sinh trùng Điểm nhiệt chết và thời gian tiếp xúc Salmonella typhosa Shigella (nhóm A và B) E.coli Endamoeba histolytica Vibrio cholerae Trichinella spiralis Necartor americansis Ascaris lubridcodes Taenia saginate Streptococcus pyogenes Mycobacterium tuberculosis Corynebacterium diptheriae Brucella abortus 30’ ở 600C 1 giờ ở 550C 1 giờ ở 550C hoặc 15 – 20’ ở 600C 68 0 C Rất nhạy cảm nhiệt, chết ở 400C 1 giờ ở 500C 20 ngày ở 450C 20 ngày ở 450C, 2giờ ở 500C, 3.5’ ở 600C 5’ ở 710C 10’ ở 540C 15 – 20’ ở 660C 45’ ở 550C 3’ ở 610C Nguồn: Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2004. Nhƣ vậy, quá trình ủ chất thải có thể đƣợc xem nhƣ một quá trình ủ tiệt trùng rất hữu hiệu, chất thải sau khi ủ sẽ không mang theo mầm bệnh vào môi trƣờng. + Làm tăng chất lƣợng dinh dƣỡng cho cây trồng Chất dinh dƣỡng đa lƣợng N, P, K ở trong chất thải hữu cơ thƣờng tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ. Cây trồng không có khả năng sử dụng chất hữu cơ để sinh trƣởng và phát triển, chúng chỉ có thể sử dụng chất dinh dƣỡng ở dạng muối hoà tan. Hợp chất hữu cơ sau khi ủ sẽ chuyển hoá hoá học cơ bản, các hợp chất hữu cơ sẽ bị phân giải, giải phóng N, P, K và chúng sẽ đƣợc các loài VSV khác chuyển hoá sang dạng các chất vô cơ hoà tan, khi đó thực vật mới có khả năng sử dụng để tiến hành các quá trình đồng hoá, một phần các chất dinh dƣỡng trên vẫn còn nằm trong các hợp chất hữu cơ khó tan trong nƣớc. Chính đặc điểm này mà các chất dinh dƣỡng rất khó bị rữa trôi theo nƣớc, chúng đƣợc lắng xuống và đƣợc phân giải dần dần tạo nên hiệu suất sử dụng các chất dinh dƣỡng cao. Mặt khác, cũng chính do đặc điểm này, khi ta sử dụng phân hữu cơ, khả năng phát triển của phân hữu cơ không bằng phân vô cơ, nhƣng tác động của các loại phân ủ thƣờng kéo dài trong nhiều năm. + Làm giảm độ ẩm cho khối ủ Các chất thải nhƣ phân gia súc, gia cầm, bùn cặn, phân hầm cầu thƣờng chứa 80-90% là nƣớc, các chất thải chứa nhiều nƣớc sẽ làm tăng chi phí vận chuyển, thu gom và rất dễ phân huỷ sinh học, tạo nên mùi rất khó chịu. Khi các chất thải này qua quá trình ủ nƣớc sẽ đƣợc tách ra khỏi chất rắn nhờ nhiệt độ của khối ủ. Đây đƣợc xem nhƣ quá trình “sấy” tự nhiên, rất tiết kiệm và hiệu quả. Quá trình ủ chất thải có những hạn chế sau: + Sản phẩm của quá trình ủ chất thải hữu cơ là phân ủ. Chất lƣợng phân ủ phụ thuộc rất nhiều ở chất lƣợng chất thải đem vào ủ. Ở nƣớc ta, việc phân loại chất thải tại nguồn chƣa đƣợc thực hiện triệt để nên các loại phân ủ là hỗn hợp chứa rất nhiều các chất độc hoặc các chất không phù hợp với sự phát triển của cây trồng. + Trong quá trình ủ, xảy ra rất nhiều phản ứng sinh hoá. Quá trình phân giải của VSV sẽ làm giảm khối lƣợng hữu cơ có trong chất thải, đây là hiện tƣợng luôn xảy ra ở bất kỳ quá trình lên men nào, trong đó lƣợng nitơ và carbon thƣờng mất nhiều nhất. Nitơ là nguyên tố rất quan trọng cho cây trồng khi chúng đƣợc chuyển sang dạng vô cơ hoà tan. Quá trình ủ là quá trình mất nitơ, lƣợng nitơ này mất đi không đƣợc cung cấp giống nhƣ đất ruộng trong điều kiện tự nhiên. Do đó, quá trình ủ cũng đƣợc xem là quá trình lãng phí năng lƣợng. + Trong quá trình ủ thƣờng tạo ra một lƣợng khí có mùi hôi thối và một lƣợng nƣớc ở đáy khối ủ, cả khí thải và nƣớc đọng đều phải đƣợc xử lý. Nhƣ vậy, để giải quyết quá trình ủ triệt để, phải chi phí thêm giai đoạn xử lý khí và xử lý nƣớc đọng (vì chất thải có COD, BOD). b. Các quá trình sinh học cơ bản xảy ra khi ủ chất thải Các chất thải hữu cơ thƣờng có nguồn gốc động vật và thực vật, nên chúng đều có chung những tính chất cơ bản sau: + Tính chất dễ phân huỷ Các tế bào động vật và thực vật đều đƣợc cấu tạo từ các hợp chất hữu cơ nhƣ protein, gluxit, lipit, vitamin và một số thành phần khác. Các hữu cơ này là những thành phần rất dễ phân huỷ khi động vật hay thực vật bị chết. Chất thải hữu cơ là một bộ phận của xác động vật, thực vật không còn sử dụng trong các mục đích sản xuất và đời sống. Tính chất dễ phân hủy này là một tính chất rất quan trọng trong chu trình chuyển hoá giữa sự sống và vật chất không sống. Tham gia chủ yếu vào quá trình phân giải này chủ yếu là hệ VSV có trong chất thải. + Tính gây ô nhiễm môi trƣờng Vì là vật chất dễ phân giải nên các hợp chất hữu cơ này cũng là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng nhƣ: Ô nhiễm do các chất khí tạo ra trong quá trình ủ. Ô nhiễm do các chất độc đƣợc giải phóng khỏi khối chất thải, tạo ra trong quá trình ủ, bị lẩn vào trong quá trình thu gom, vận chuyển và vận hành khối ủ. Ô nhiễm do VSV gây ra. Chính vì thế trong quản lý và xử lý các chất thải hữu cơ, cần phải hạn chế hoặc loại bỏ các quá trình tạo ra ba dạng ô nhiễm trên. + Sự Phát triển của vi sinh vật Các chất thải hữu cơ bao giờ cũng chứa rất nhiều loài VSV khác nhau, trong đó tồn tại cả VSV có lợi và VSV có hại.  VSV có lợi là toàn bộ VSV có khả năng phân giả vật chất hữu cơ có trong chất thải hữu cơ nhƣ protein, lipit, gluxit. VSV này tạo ra những loại enzyme tƣơng ứng để thuỷ phân chúng, tạo ra nhƣng sản phẩm khác nhau. Chúng bao gồm cả vi khuẩn, nấm sợi, xạ khuẩn và cả nấm men, trong đó chủ yếu là các loài vi khuẩn. Ở giai đoạn đầu, VSV sẽ tăng rất nhanh về số lƣợng, nhiệt độ sẽ tăng dần đến nhiệt độ tối đa khoảng 60 – 650C. Ở nhiệt độ này phần lớn VSV ƣa ấm bị tiêu diệt, còn lại những VSV ƣa nóng phát triển. Các loại VSV này thay nhau phân giải chất thải và chuyển chúng dần đến trạng thái ổn định. Vùng 1: Sự phát triển của các VSV ƣa ấm Vùng 2: Sự phát triển của loài VSV ƣa nóng Vùng 3: sự phát triển trở lại của loài VSV ƣa ấm Hình 2.2 Sự phát triển của VSV theo thời gian và nhiệt độ đống ủ [7] Tuỳ theo khí hậu vùng mà ta tiến hành ủ chất thải, thời gian đầu có thể kéo dài 3–7 ngày, thời gian kế tiếp bắt đầu từ ngày thứ 5 trở đi. Sau đó nhiệt độ sẽ giảm dần và luôn thay đổi trong khoảng 40 – 550C. - VSV có hại bao gồm các loài VSV gây bệnh và các loài khác, chúng đi vào chất thải chủ yếu từ nguyên liệu, hoặc đƣờng không khí với số lƣợng không nhiều. Loại VSV gây bệnh có trong chất thải hữu cơ đƣợc trình bày ở bảng 2.8. Nhiệt độ (0C) 20 40 60 1 2 3 Thời gian (ngày) Bảng 2.8 VSV gây bệnh có trong chất thải hữu cơ STT Loài gây bệnh Bệnh Quá trình truyền bệnh 1 2 3 Vi khuẩn Vibro cholerae Salmonella typhi Shigella dysenteriac E.coli Virus Poliovirus Coxsakicvirus Echovirus Reovirus Adenovirus Hepatilis Protozea Giardia lamblia Entamocba hyotolytica Balantidiumcoli Bệnh tả Các bệnh đƣờng tiêu hoá Rối loạn tiêu hoá Rối loạn tiêu hoá Bệnh bại liệt Các bệnh đƣờng hô hấp và đƣờng tiêu hoá khác nhau Các bệnh đƣờng hô hấp Bệnh viêm gan Nhiễm đƣờng ruột, gây ra các bệnh khác nhau Ngƣời sang ngƣời Ngƣời (hay động vật) sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời (hay động vật) sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời sang ngƣời Ngƣời (hay động vật) sang ngƣời Nguồn: Phạm Hùng Việt và Lê Phƣơng Lan, 1996. Các VSV gây bệnh và một số sinh vật khác (nhƣ động vật nguyên sinh) thƣờng phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ ôn hoà. Do đó, khi nhiệt của khối ủ tăng cao (khoảng 60 – 650C) thì chúng sẽ bị tiêu diệt. Quá trình sinh lý này đƣợc thể hiện theo hình sau. Hình 2.3 Phát triển VSV gây bệnh có trong đống ủ theo nhiệt độ [7] + Phân giải các hợp chất hữu cơ Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong chất thải xảy ra mạnh khi tiến hành ủ ngay ngày thứ hai. Quá trình phân giải hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa, thực hiện qua ba giai đoạn: Giai đoạn 1: Giai đoạn tổng hợp enzyme Giai đoạn sinh tổng hợp enzyme đƣợc bắt đầu ngay khi VSV tiến hành quá trình trao đổi chất và nó sẽ đạt cực đại ở thời điểm bắt đầu của giai đoạn phát triển mạnh nhất của sinh khối (Hình 2.4). Hình 2.4 Mối quan hệ giữa sự tạo thành sinh khối VSV và hoạt tính enzyme [7] Hình 2.4 cho thấy, không bao giờ hoạt tính enzyme đạt cực đại trùng với thời điểm sinh khối đạt cực đại. Khi hoạt tính enzyme đạt cực đại cũng là thời điểm các phản ứng enzyme thƣờng xẩy ra mạnh nhất và khi đó các chất thải đƣợc phân giải mạnh nhất (Hình 2.5). Số lƣợng VSV/1g 60 t ( 0 C) Hoạt tính enzym (g) Sinh khối (tb/g) Thời gian (ngày) Hình 2.5 Ảnh hƣởng của hoạt tính enzym lên hàm lƣợng cơ chất [7] Các chất tham gia vào phản ứng thuỷ phân là những chất cảm ứng. Những chất này tác động lên tế bào VSV và nhờ tác động này mà enzyme đƣợc tạo thành. Nhƣ vậy, điều kiện cần trƣớc tiên cho quá trình sinh tổng hợp enzyme là phải có chất cảm ứng. Trong các chất thải hữu cơ, các chất nhƣ protein, gluxit, lipit đều là những chất cảm ứng. Những enzyme đƣợc tạo thành nhƣ protease, amylase, lipase……là những enzyme cảm ứng. Trong khi ủ chất thải, các VSV sẽ tham gia tổng hợp rất nhiều loại enzyme khác nhau. Do đó, có rất nhiều phản ứng khác nhau xẩy ra trong đó. Giai đoạn 2: Khi các enzyme đƣợc tạo thành, các enzyme này sẽ thoát khỏi tế bào VSV để thải ra ngoài. Ở ngoài tế bao, các enzyme sẽ tiến hành các phản ứng thuỷ phân, sản phẩm của quá trình thuỷ phân là các chất có kích thƣớc nhỏ hơn kích thƣớc của chất tham gia phản ứng. Khi đó một phần của chất mới tạo thành từ phản ứng thuỷ phân sẽ xâm nhập vào trong tế bào để tham gia quá trình trao đổi chất trong tế bào, một phần khác còn nằm ngoài môi trƣờng. Theo lý thuyết, sản phẩm cuối cùng của một chuổi phản ứng enzyme thƣờng có tác động ức chế ngƣợc đến tốc độ phản ứng enzyme tham gia đầu tiên của chuổi phản ứng. Do đó, khi lƣợng các chất đƣợc tạo thành tồn tại quá nhiều, nó sẽ ức chế ngƣợc, phản ứng enzyme của toàn bộ chuổi phản ứng sẽ bị ức chế. Điều đó cho ta hiểu nguyên nhân tại sao quá trình phân giải các chất thải xảy ra chậm (hình 2.6). Hoạt tính enzym (g) Hàm lƣợng chất hữu cơ bị phân huỷ Thời gian (ngày) Phản ứng của enzyme trong đống chất thải còn chịu ảnh hƣởng của ẩm độ, nhiệt độ, các chất kìm hãm trong chất thải. Hình 2.6 Quá trình tổng hợp và phản ứng enzyme [7] Nhƣ vậy, khi phát triển trong khối chất thải ủ, chúng ta có hai sản phẩm mới đƣợc tạo thành: Sản phẩm bậc một: số lƣợng tế bào VSV (còn gọi là sinh khối). Sản phẩm bậc hai: sản phẩm phân giải của VSV. Giai đoạn 3: Là giai đoạn các chất đƣợc tạo thành từ các phản ứng enzyme ngoại bào xâm nhập đƣợc vào trong tế bào. Ở đây sẽ có hai kiểu phản ứng: Phản ứng đồng hoá (tổng hợp) và phản ứng dị hoá (phân giải). Các phản ứng tạo ra sinh khối VSV, năng lƣợng và các sản phẩm. Năng lƣợng đƣợc tạo ra từ các phản ứng phân giải nội bào sẽ đƣợc tế bào sử dụng để tiến hành các phản ứng tổng hợp. Một phần vật chất đƣợc tạo ra từ quá trình trên, tế bào không sử dụng sẽ đƣợc thẩm thấu ngƣợc lại môi trƣờng. Những sản phẩm này đƣợc gọi chung là các sản phẩm bậc hai. Nhƣ vậy, sản phẩm bậc hai là sản phẩm của quá trình trao đổi chất, chúng có thể là các sản phẩm tổng hợp thừa hoặc có thể là những sản phẩm phân giải. Tổng hợp Enzym trong tế bào Tham gia trao đổi chất Sản phẩm trao đổi chất Chất thải Kích thích Chất phân giải Sản phẩm phân giải Ức chế Các yếu tố môi trƣờng Sinh khối (sản phẩm bậc nhất) Sản phẩm bậc hai + Quá trình thuỷ phân tế bào vi sinh vật Ý nghĩa quan trọng nhất của quá trình thuỷ phân tế bào đối với quá trình ủ chất thải là chúng giải phóng ra protein của tế bào. Các nhà khoa học cho rằng, chính protein của tế bào kết hợp với các sản phẩm thuỷ phân cellulose, lignin, pectin có trong chất thải sẽ tạo ra hợp chất keo. Đây là tiền chất để chuyển hoá thành mùn. Mùn là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng phân ủ và đánh giá tốc độ phân giải chất thải hữu cơ. Quá trình tự phân và giả thuyết tạo mùn đƣợc trình bày ở hình 2.7. Hình 2.7 Giả thuyết tạo mùn + Quá trình tổng hợp vật chất ở tế bào vi sinh vật [7] Các chất trong chất thải đƣợc thuỷ phân và tạo ra những chất có trọng lƣợng phân tử nhỏ. Các chất có trọng lƣợng phân tử nhỏ hoặc sẽ bị vô cơ hoá hoặc đƣợc chuyển thành vật chất của tế bào. Để tạo ra vật chất của tế bào, tế bào VSV thực hiện hai quá trình: tổng hợp và tự dƣỡng. Khi vật chất hữu cơ có trong chất thải hữu cơ qua nhiều quá trình chuyển hoá để cuối cùng tạo vật chất hữu cơ có trong tế bào VSV, là một quá trình xảy ra rất nhanh và khi đó khối lƣợng vật chất đƣợc chuyển hoá rất lớn. Quá trình tổng hợp là quá trình thu năng lƣợng. Năng lƣợng đƣợc nhận từ ATP trong ty thể, từ các phản ứng thuỷ phân và từ các vật chất dự trữ năng lƣợng khác. Ngoài ra, đối với các VSV tự dƣỡng (quang năng hoặc hoá năng) cũng đóng vai trò không nhỏ trong quá trình thu nhận các chất vô cơ trong chất thải và chứa chúng trong các hợp chất hữu cơ trong tế bào, trong đó các kim loại nặng đƣợc tích luỹ có ý nghĩa rất lớn trong xử lý môi trƣờng. Tự phân và phân giải Sản phẩm Chất có tính kết keo Mùn Các chất thuỷ phân từ hydratcacbon Tế bào Quá trình phản nitrat hoá Là quá trình chuyển nitơ ở các hợp chất vô cơ sang dạng nitơ phân tử và bay vào không khí. Đây là quá trình có hại vì quá trình này xẩy ra sẽ làm giảm chất lƣợng phân ủ, thể hiện nhƣ hình 2.8. Hình 2.8 Các quá trình sinh học khi ủ chất thải [7] Chất thải hữu cơ Vật chất không tham gia vào quá trình trao đổi chất ở VSV Vật chất gây độc hại cho quá trình trao đổi chất ở VSV Vật chất tham gia vào quá trình trao đổi chất ở VSV Trao đổi chất ở tế bào VSV Đồng hoá Dị hoá Tổng hợp vật chất tế bào Phân giải và chuyển hoá vật chất hữu cơ Tăng khối lƣợng và số lƣợng tế bào VSV Sản phẩm phân giải và chuyển hoá Phân giải tế bào VSV chết Tạo các chất có tính keo Sản phẩm phân giải tế bào Tạo mùn Quá trình vô cơ hoá Phản nitrat hoá N2  Quá trình vô cơ hoá hợp chất hữu cơ Đây là quá trình chuyển hoá các hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ, quá trình này thƣờng xảy ra trong những đống chất thải hữu cơ. Quá trình này đƣợc thực hiện qua hai giai đoạn nhờ hoạt đồng của nhiều VSV khác nhau. - Quá trình amôn hoá C10H19O3N + 12,5 O2 10 CO2 + 8 H2O + NH3 C5H7O2N + 5 O2 5 CO2 + 2 H2O + NH3 - Quá trình nitrat hoá Quá trình này xẩy ra theo hai giai đoạn NH4 + + 3/2 O2 NO2 - + 2 H + + H2O (Quá trình Nitrosomonas). NO2 - + 1/2 O2 NO3 - (Quá trình Nitrobacter). 2.4 Sơ lƣợc về các chế phẩm sinh học khảo sát trong thí nghiệm 2.4.1 Openamix – LSC  Giới thiệu chung Openamix – LSC là chất điện giải đƣợc phát minh vào năm 1929, đƣợc thử nghiệm từ năm 1971 và sản xuất trên thị trƣờng năm 1987. Kết quả đã tăng sản lƣợng nông nghiệp đáng kể do hiệu quả cải tạo đất xấu thành đất tốt.  Hoạt động [14] Đặc tính về điện học: Openamix là chất điện giải bổ sung vào đất khích thích cây trồng tăng trƣởng. Đặc tính sinh học: Openamix cung cấp chất dinh dƣỡng cho rễ, là nguồn năng lƣợng cung cấp cho đất trồng duy trì sự sống của cây và kích thích sự tăng trƣởng bình thƣờng mặc dù có hay không có ánh nắng mặt trời. Đặc tính hoá học: Ổn định pH. Đặc tính vật lý: Làm cho đất trồng mềm, dễ tán nhuyễn và ngăn chặn đất bị chai. Ngoài ra, Openamix cũng còn có tác dụng làm mềm đá và hoàn trả lại chất kim khí nặng.  Công dụng [14] Cải tạo đất trở lại bình thƣờng và ổn định. Bởi vì nó cung cấp cho đất khí oxy và nitơ, vô hiệu hoá chất kiềm và axit, làm đất có trị số pH trung tính (pH = 7). Khi dùng riêng biệt, Openamix - LSC giảm bớt sử dụng nƣớc chống xói mòn đất, bảo vệ hạt giống khỏi bị trôi, kích thích tăng trƣởng, đồng thời vô hiệu hoá sắt, clor, lƣu huỳnh, chất kiềm, muối hoặc các chất hại Boron. Openamix - LSC tồn tại trong đất ngăn chặn mầm bệnh tấn công cây trồng, ngăn không cho côn trùng phá hoại mùa màng. Openamix –LSC làm giảm mùi hôi trong phân, trong sữa bò. Openamix làm trị số trung tính pH, giúp phân giải các chất thiên nhiên có sẳn trong vùng đệm của lớp đất trồng để sử dụng khi cần thiết. Giúp thay đổi tính chất mềm dẻo của đất trồng, làm bộ rễ phát triển sâu và rộng có thể hút đƣợc nhiều chất dinh dƣỡng, qua đó giúp tăng sản lƣợng. Openamix – LSC làm tăng khả năng thẩm thấu của đất trồng, khả năng hấp thu và dự trữ các chất dinh dƣỡng, hạn chế nƣớc chảy tràn lan và xói mòn đất. Giảm bớt việc sử dụng phân bón, nƣớc tƣới các chất này thẩm thấu vào đất và đƣợc giữ lại ở đó. Tóm lại sử dụng chế phẩm Openamix – LSC sẽ cho ra sản phảm tốt hơn, giá trị kinh tế cao đặc biệt là giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.  Thành phần Bảng 2.9 Nguyên tố vi lƣợng của Openamix – LSC Nguồn: Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm, 2002. Thành phần aminoacid Glycine 0,04% Alanine 0,12% Histidine 0,03% Isoleucine 3,93% Z Kí hiệu Nguyên tố Nồng độ Abs. Error 14 15 16 17 19 20 22 23 24 25 26 27 28 29 30 33 35 47 48 50 51 52 53 56 80 81 82 83 Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Br Ag Cd Sn Sb Te I Ba Hg Tl Pb Bi Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Potassium Calcium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nikel Copper Zinc Arsenic Bromine Silver Cadmium Tin Antimony Tellurium Iodine Balium Mercury Thallium Lead Bismuth 0,00127% <0,00030% 1,970% 0,00718% <0,0020% 0,00293% <0,00050% <0,00050% <0,00050% <0,00050% <0,00050% <0,00020% <0,00010% <0,00010% 0,00016% <0,00010% <0,00010% <0,00050% <0,00050% 0,00084% <0,00060% <0,00070% <0,00070% <0,00080% <0,00020% <0,00020% <0,00020% <0,00020% 0,0013% 0,0% 0,004% 0,00020% 0,0% 0,0002% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,00037% 0,00006% 0,0% 0,0% 0,00004% 0,0% 0,00004% 0,0% 0,0% 0,00023% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,00012% 0,00005% 0,0% Bảng 2.10 Nguyên tố vi lƣợng của Openamix - LSC Z Kí hiệu Nguyên tố Nồng độ Abs. Error 14 15 16 17 19 20 22 23 24 25 26 27 28 29 30 33 35 47 48 50 51 52 53 56 80 81 82 83 Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Br Ag Cd Sn Sb Te I Ba Hg Tl Pb Bi Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Potassium Calcium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nikel Copper Zinc Arsenic Bromine Silver Cadmium Tin Antimony Tellurium Iodine Balium Mercury Thallium Lead Bismuth 0,00127% <0,00030% 1,970% 0,00718% <0,0020% 0,00293% <0,00050% <0,00050% <0,00050% <0,00050% <0,00050% <0,00020% <0,00010% <0,00010% 0,00016% <0,00010% <0,00010% <0,00050% <0,00050% 0,00084% <0,00060% <0,00070% <0,00070% <0,00080% <0,00020% <0,00020% <0,00020% <0,00020% 0,0013% 0,0% 0,004% 0,00020% 0,0% 0,0002% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,00037% 0,00006% 0,0% 0,0% 0,00004% 0,0% 0,00004% 0,0% 0,0% 0,00023% 0,0% 0,0% 0,0% 0,