Tài liệu Khóa luận nghiên cứu tuyển chọn chủng vi sinh vật để tạo chế phẩm phân bón vi sinh từ một số chất thải hữu cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LÂM NGHIỆP ----------o0o---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN BỆNH VIÊM RUỘT HOẠT TỬ Ở LỢN VÀ GÀ DO CHỦNG VI KHUẨN CLOSTRIDIUM PERFRINGENS BẰNG KỸ THUẬT PCR NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ : 7420201 Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Như Ngọc Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Long Khóa học : 2016 - 2020 Hà Nội, 2020 LỜI CẢM ƠN Báo cáo khóa luận là một cột mốc quan trọng đánh dấu bước trưởng thành của em. Sau 4 năm học tập và làm việc dưới mái trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, em đã có đầy đủ kiến thức để làm việc và tự khẳng định bản than mình trong môi trường xã hội. Thời gian học tập tại mái trường Lâm nghiệp em đã được các thầy, cô và các bạn giúp đỡ rất nhiều qua đây cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Như Ngọc thuộc bộ môn Công nghệ vi sinh _ Hóa Sinh _Viện Công nghệ sinh học _ Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình em học tập tại trường cũng như thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành ảm ơn tới Th.s Nguyễn Thị Hồng Nhung, các thầy, cô đang giảng dạy và làm việc tại Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, các anh chị, bạn bè làm việc tại phòng thí nghiệm đã động viên, khuyến khích, giúp đỡ em trong thời gian học tập cũng như thực hiện đề tài tại đây. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo tận tình của quý thầy, cô để đề tài khóa luận hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 6 năm 2020 Sinh viên Đỗ Hữu Long i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu 1 C:N Cacbon:nitơ 2 CFU Colony-Forming Unit: Đơn vị hình thành khuẩn lạc 3 CMC Carboxymethyl Cellulose 4 CTR Chất thải rắn 5 ĐC Đối chứng 6 LB Luria Bertani 7 Chú thích NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn 8 OD 9 3RVE Optical Density: Mật độ quang Reduce_Recycle_Rense: Giảm thiểu _ Tái chế _ Sử dụng lại Validate: Nâng cao giá trị Eliminate: Xử lý phần không thể sử dụng 10 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 11 TNMT Tài nguyên môi trường 12 VK Vi khuẩn 13 VSV Vi sinh vật 14 CTHC Chất thải hữu cơ 15 PBHC Phân bón hữu cơ ii LỜI MỞ ĐẦU Trong canh tác nông nghiệp, phân bón là yếu tố không thể thiếu nhằm tăng năng suất và sản lượng cây trồng. Ước tính nhu cầu phân bón của Việt Nam hiện đang ở mức gần 11 triệu tấn/năm, với lượng sử dụng trung bình khoảng 450 kg phân bón trên 01 hecta đất canh tác, cao gấp 3,2 lần trung bình thế giới. Tuy nhiên, hơn 90% lượng tiêu thụ là phân bón hóa học với hiệu suất sử dụng chỉ ~ 35 – 40% (theo nghiên cứu của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam). Hiệu suất sử dụng phân bón thấp do việc sử dụng phân khoáng lâu ngày, liều lượng cao, ít bổ sung phân hữu cơ, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng đất canh tác. Đất bị bạc màu, lượng vi sinh vật giảm xuống, chất hóa học dư thừa, tích tụ, gây ô nhiễm đất. Sản xuất phân bón hữu cơ Việt Nam chiếm tỷ trọng nhỏ nhưng bắt đầu tăng nhanh trong một số năm gần đây. Theo số liệu của Cục Bảo vệ thực vật, tính đến tháng 6/2019, số lượng phân bón hữu cơ được công nhận lưu hành là 2.487 sản phẩm (chiếm 11,6% tổng số sản phẩm phân bón), gấp 3,5 lần so với tháng 12/2017. Cả nước có 265 nhà máy sản xuất phân bón hữu cơ được cấp phép, cao gấp 1,47 lần so với cuối năm 2017. Tuy nhiên, sản lượng phân bón hữu cơ hiện nay vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng của người dân, đặc biệt nước ta đang trong quá trình chuyển đổi sang nền nông nghiệp hữu cơ. Mặt khác, theo thống kê năm 2017 của Bộ TNMT lượng chất thải hữu cơ phát sinh ở Việt Nam hiện nay khoảng 25,5 triệu tấn/năm, CTHC ngành nông nghiệp hằng năm khoảng 76 triệu tấn rơm rạ và 47 triệu tấn chất thải chăn nuôi. Lượng chất thải lớn này hiện nay chưa được xử lý thích hợp, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Để tận dụng nguồn chất thải hữu cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu về phân bón hữu cơ vi sinh của nền nông nghiệp trong nước, việc nghiên cứu tìm ra các chủng vi sinh vật có đặc tính tốt trong phân giải hữu cơ; cố định nitơ; phân giải phosphat... để góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh là vấn đề có ý nghĩa trong sự phát triển ngành nông nghiệp và cải tạo đất, duy trì hệ sinh thái... Đề tài “Nghiên cứu tuyển chọn chủng vi sinh vật để tạo chế phẩm phân bón vi sinh từ một số chất thải hữu cơ”, được thực hiện nhằm góp phần thực hiện mục tiêu trên. 1 PHẦN 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Phân bón hữu cơ vi sinh 1.1.1. Khái niệm Phân hữu cơ vi sinh là sản phẩm được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ khác nhau nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn quy định, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng nông sản. Phân hữu cơ vi sinh không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản(Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh chất lượng cao từ phụ phẩm nông nghiệp, Techmart Quốc tế Việt Nam 2015). Tiêu chuẩn Việt Nam năm 1996 định nghĩa: "Phân VSV (phân vi sinh) là sản phẩm chứa các VSV sống, đã được tuyển chọn có mật độ phù hợp với tiêu chuẩn ban hành, thông qua các hoạt động sống của chúng tạo nên các chất dinh dưỡng mà cây trồng có thể sử dụng được (N, P, K, S, Fe...) hay các hoạt chất sinh học, góp phần nâng cao năng suất và (hoặc) chất lượng nông sản. Phân VSV phải bảo đảm không gây ảnh hưởng xấu đến người, động, thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản". 1.1.2. Phân loại phân bón vi sinh 1.1.2.1. Phân bón cố định Đạm Là những loại phân bón có chứa các vi khuẩn hay các vi sinh vật có khả năng cố đinh nittơ từ không khí thành dạng nitơ cây trồng có thể sử dụng và dễ hấp thu. Vi sinh vật có định đạm có hai dạng: Vi sinh vật cố định đạm tự do là những vi sinh vật sống tự do có khả năng cố định đạm trong đất mà không cần vật chủ. Một số loại vi sinh vật cố định đạm được đưa vào phân bón như Azotobacter, Clostridium,… Vi sinh vật cố định đạm cộng sinh là những vi sinh vật cố định đạm phải cần vật chủ là cây trồng để cộng sinh như Rhizobium cộng sinh với cây họ đậu, Anabaena azollae cộng sinh với bèo hoa dâu hay tảo lục,… 2 1.1.2.2. Phân bón vi sinh phân giải lân Phân bón vi sinh phân giải lân: chứa VSV có khả năng tiết ra các hợp chất có khả năng hòa tan các hợp chất phostpho vô cơ khó tan trong đất (lân khó tiêu) thành dạng hòa tan (lân dễ tiêu) mà cây trồng, VSV có thể sử dụng được. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm: Bacillus megaterium, B. circulans, B. subtilis, B. polymyxa, B. sircalmous, Pseudomonas striata; Nấm: Penicillium sp, Aspergillus awamori (Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật phân giải lân Việt Nam Phạm Văn Toản , Phạm Bích Hiên, 2009). 1.1.2.3. Phân bón vi sinh phân giải silicat Phân bón vi sinh phân giải silicat: có chứa VSV tiết ra các hợp chất có khả năng hòa tan các khoáng vật chứa silicat trong đất, đá ... để giải phóng ion kali, ion silic vào môi trường. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Bacillus megaterium var. phosphaticum, Bacillus subtilis, Bacillus circulans, Bacillus mucilaginous, Pseudomonas striata. 1.1.2.4. Phân bón vi sinh gây ức chế VSV gây bệnh Phân bón vi sinh gây ức chế VSV gây bệnh: chứa VSV tiết ra các hợp chất kháng sinh hoặc phức chất siderophore có tác dụng kìm hãm, ức chế nhóm VSV gây bệnh khác. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Bacillus sp., Enterobacter agglomerans, Pseudomonas sp., Lactobacillus sp (Trần Minh Hiền, Trần Thị Kim Cúc, 2011). 1.1.2.5. Phân bón vi sinh chất giữ ẩm polysacarit Phân bón vi sinh chất giữ ẩm polysacarit: có chứa VSV tiết ra các polysacarit có tác dụng tăng cường liên kết các hạt khoáng, sét, limon trong đất. Loại này có ích trong thời điểm khô hạn. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Lipomyces sp. Loại này chưa có sản phẩm thương mại tại Việt Nam. 1.1.2.6. Phân bón vi sinh phân giải hợp chất hữu cơ Phân bón vi sinh phân giải hợp chất hữu cơ: có chứa VSV tiết ra các enzym có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ như: xenlulo, hemixenlulo, 3 lighin, kitin.... Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, Trichoderma, Penicillium, Aspergillus. 1.1.2.7. Phân bón vi sinh sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật Phân bón vi sinh sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật: có chứa VSV tiết ra các hocmoon sinh trưởng thực vật thuộc nhóm: IAA, Auxin, Giberrillin ... vào môi trường. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Azotobacter chroococcum, Azotobacter vinelandii, Azotobacter bejerinckii, Pseudomonas fluorescens, Gibberella fujikuroi. 1.1.2.8. Phân bón vi sinh tăng cường hấp thu photpho, kali, sắt, mangan cho thực vật Phân bón vi sinh tăng cường hấp thu photpho, kali, sắt, mangan cho thực vật: có chứa VSV (chủ yếu là nhóm nấm rễ, vi khuẩn, xạ khuẩn....) trong quá trình sinh trưởng, phát triển, thông qua hệ sợi cũng như những thể dự trữ, có khả năng tăng cường hấp thu các ion khoáng của cây. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Arbuscular mycorrhiza, Ectomycorrhiza, Ericoid mycorrhizae, Rhizoctonia solani, Bacillus sp, Pseudomonas putida, P. fluorescens Chao và P. fluorescens Tabriz. Loại PBVS này chưa được thương mại nhiều, vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Các loại phân vi sinh được sử dụng chủ yếu để bón đại trà, bón lót trước khi trồng các loại cây ngắn ngày. Với những cây dài ngày có thể bón thêm phân định kỳ từng đợt tùy theo mỗi loại cây. Ngoài ra, để cây phát triển tốt hơn có thể sử dụng các loại sản phẩm vi sinh khác đi kèm theo từng đợt như: thuốc trừ sâu vi sinh, phân lân vi sinh… Trên thị trường hiện nay có một số loại phân vi sinh như: phân hữu cơ vi sinh sông Gianh, phân hữu cơ vi sinh Cao Nguyên 1.1.3. Ưu và nhược phân bón hữu cơ vi sinh  Lợi ích của phân bón hữu cơ vi sinh Trong điều kiện nhiệt đới của nước ta với đặc trưng nền nhiệt độ và độ ẩm không khí cũng như của đất cao thì tốc độ của quá trình khoáng hóa chất hữu cơ trong đất thường rất cao. Vì vậy, nếu không có biện pháp bổ sung chất hữu cơ 4 cho đất thì độ phì nhiêu của đất giảm sút rất nhanh. Theo Nguyễn Vy (1998), các chất hữu cơ bón vào đất Việt Nam phân giải nhanh, bình quân 9 tháng đến 1 năm gần như phân giải hết. Theo Lương Đức Loan (1997), thì đất mới khai hoang có hàm lượng hữu cơ khá cao (5 – 6%), nhưng chỉ 4 – 5 năm canh tác cây lương thực ngắn ngày thì chất hữu cơ giảm sút trung bình 50 – 60%(Trần Thu Hà, 2009). Việc sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh đem lại rất nhiều lợi ích:(Nguyễn Thanh Hiền, 2003). - Tăng thêm độ màu mỡ cho đất bằng các cung cấp thêm chất hữu cơ, chất dinh dưỡng. - Là giải pháp hữu hiệu để cải tạo đất bạc màu. Bón quá phân hữu cơ vi sinh không sợ cây bị lốp và đất sẽ được cải tạo tốt hơn. - Phân hữu cơ vi sinh làm sạch môi trường cho cây trồng và vật nuôi: cung cấp nguồn dinh dưỡng tự nhiên, giúp cây khỏe, tăng khả năng nảy mầm với tỷ lệ đồng đều cao, khả năng chống chịu sâu bệnh cao hơn, giảm lượng thuốc bảo vệ thực vật cần sử dụng, tạo ra các sản phẩm nông nghiệp an toàn, không gây ngộ độc về thực phẩm và không gây ô nhiễm môi trường sống. - Ngoài tác dụng làm tăng sản lượng và cung cấp dinh dưỡng trực tiếp cho cây. Các loại phân hữu cơ có thể cải thiện sự đa dạng sinh học (tuổi thọ đất) và khả năng sản xuất lâu dài của đất. - Việc sử dụng phân hữu cơ vi sinh hiện nay giúp người trồng lúa giảm 30 – 40% lượng hóa học mà vẫn giữ vững năng suất..  Sự khác biệt giữa phân hữu cơ vi sinh và phân hóa học Phân hóa học là những hóa chất có chứa các nguyên tố dinh dưỡng được bón cho cây trồng nhằm nâng cao năng suất mùa màng. (Trần Thu Hà, 2009 và Nguyễn Thanh Hiền, 2003). 5 Bảng 1.1 Sự khác nhau giữa phân hữu cơ vi sinh và phân hóa học Phân hữu cơ vi sinh Phân hóa học Là vi sinh vật sống Là các chất hóa học Cung cấp dinh dưỡng hữu cơ từ từ và Cung cấp chất dinh dưỡng hóa học với kéo dài khối lượng lớn một lúc (mỗi lần bón) Tác dụng chậm Tác dụng nhanh Cải tạo đất Làm chai đất Không gây ô nhiễm môi trường nước Gây ô nhiễm môi trường nước do lượng NO3 - tồn dư trong đất Sản xuất ra sản phẩm nông nghiệp an Gây ảnh hưởng đến chất lượng nông toàn và hữu cơ sản do lượng NO3 - tồn dư trong đất Là các vi sinh vật sống nên thời gian Bảo quản được lâu, đóng gói kín bảo quản không quá 6 tháng. Không được đóng gói kín, để không khí có thể lọt vào được Phân vi sinh được ví như thuốc Bắc Phân bón hóa học được vi như thuốc tây Bón quá phân vi sinh không sợ cây bị Bón quá phân hóa học cây sẽ bị lốp và lốp và đất sẽ được cải tạo hơn. có thể bị chết (Nguồn: Nguyễn Thanh Hiền, Phân hữu cơ, phân vi sinh và phân ủ, NXB Nghệ An, 2003) Phân hóa học làm cho cây trồng bộc phát mạnh mẽ nhưng không duy trì hiệu quả được lâu. Ngoài ra, chúng còn để lại những tồn dư dưới các dạng muối trong đất gây nên những hậu quả có thể kể như sau: ngăn cản cây trồng hấp thụ những dưỡng chất cần thiết, tiêu diệt các loại vi sinh vật hữu ích cần thiết cho cây trồng. Phân bón hóa học có thể gây nguy hiểm, độc hại cho con người và môi trường. Phân vi sinh giúp tạo nên sự phì nhiêu của đất canh tác từ đó tạo sự chống chịu và vững bền cho cây trồng để chúng nâng cao khả năng chống chịu sâu 6 bệnh. Phân hữu cơ đảm bảo cho con người và cây trồng sống trong một môi trường an toàn và không bị nhiễm độc. Dùng phân hữu cơ sẽ tạo sự cân bằng về môi trường và một điều quan trọng là thúc đẩy việc sử lý các chế phẩm hữu cơ tồn đọng gây ô nhiễm môi trường trở thành phân bón. Phân hóa học làm gia tăng sự mẫn cảm của cây trồng với các loại bệnh. Phân hóa học có thể làm cây trồng mẫn cảm với các loại bệnh hơn qua việc giết chết các sinh vật trong đất mà các sinh vật này bảo vệ cho cây trồng khỏi bị một chủng bệnh nào đó. Phân hóa học ngăn cản sự hấp thụ các dưỡng chất cần thiết quanh vùng long hút của rễ cây, keo đất từ mùn hữu cơ chuyển hầu hết các chất khoáng từ dung dịch đất sang hệ thống rễ cây và đi vào cây trồng. Những hạt mùn sẽ có hấp lực đối với các nguyên tố dinh dưỡng như: đạm, lân, kali và các nguyên tố kim loại khác. Khi phân bón hóa học được bón vào đất năm này qua năm khác sẽ gây nên sự thay đổi cơ bản về cấu trúc của các hạt mùn hữu cơ và khi sử dụng liên tiếp, quá nhiều các phần tử phân bón được đưa vào đất để mong đạt được sự phát triển mạnh và nhanh của cây trồng. Phân hóa học diệt các tập đoàn vi sinh vật: đất cần phải được coi như vật thể sống. Khi phân hóa học được sử dụng năm này qua năm khác,các axit được tạo thành sẽ phá hủy các chất mùn hữu cơ phì nhiêu được tạo ra từ sự phân rã của các cơ thể sinh vật đất đã chết. Các chất mùn này có tính năng liên kết các hạt đá li ti với nhau tạo nên sự phì nhiều của đất canh tác. Trong lớp đất thiếu khí và có tính axit này mật độ sinh vật bị thay đổi và có thể bị chết. Phân hóa học nguy hiểm và độc hại: một số phân hóa học chứa hợp chất Nitrat. Khi được bón xuống đồng ruộng, nước mưa làm trôi các chất Nitrat này xuống ao hồ song suối làm phát triển các loại rong tảo, khi rong tảo chết đi, quá trình phân hủy sẽ sử dụng rất nhiều oxy trong nước, hậu quả là làm nước bị thiếu dưỡng khí và làm các sinh vật không thể sống được. 1.1.4. Tình hình xử lý chất thải thành phân bón hữu cơ a. Trên thế giới 7 Hutchingson và Richards là người đầu tiên nghiên cứu quá trình ủ phân. Từ năm 1926 đến năm 1941, Warksman và các cộng tác viên nghiên cứu sự phân hủy hiếu khí bã thực vật, động vật. Ông đã đưa ra kết luận nhiệt độ và các nhóm vi sinh vật có ảnh hưởng đến sự phân giải chất thải hữu cơ (Dinesh K. Maheshwari, 2014) Golass và cộng sự đã nghiên cứu các nguyên tắc cơ bản của phân ủ hỗn hợp rác thải và bùn cống. Các tác nhân môi trường có liên qan đến hiệu quả của việc ủ phân: nhiệt độ, độ thoáng khí, kích thước cơ chất, tần số đảo trộn, đặc biệt là tỉ lệ C/N của nguyên liệu thô có liên quan đến hiệu quả của việc ủ phân (Golass, 1950). Trong những năm gần đây, nhiều tác giả đã nghiên cứu sâu việc sản xuất và sử dụng phân bón hữu cơ đã chứng minh được ưu điểm và hiệu quả trong việc tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũng như tận dụng các phế phụ phẩm nông nghiệp. Chandramohan Marimuthu và cộng sự nghiên cứu sử dụng các chất thải hữu cơ và phân bón để sản xuất phân bón sinh học hiệu quả và nghiên cứu ứng dụng tại quận Tiruchirapalli của Nam Ấn Độ. Kết quả đã chứng minh rằng việc sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải nông nghiệp là phương pháp đơn giản, giảm chi phí sản xuất, vận chuyển và lao động. Sau 120 ngày ủ, phân hữu áp dụng vào trồng cây có tác dụng tốt: cây khỏe mạnh, kháng bệnh, với khả năng chịu áp lực gió. Ngoài ra, phân còn làm tăng cường độ phì nhiêu cho đất trồng sau khi thu hoạch (Chandramohan Marimuthu, 2010). Trong nghiên cứu của Soh-Fong Lim, phân bón sinh học đã được nghiên cứu sản xuất từ phế phụ phẩm của một số loại quả bằng lên men rắn. Phân hữu cơ tạo thành có các giá trị pH, hàm lượng Kali, nitơ và các chất dinh dưỡng cao, áp dụng vào trồng rau cho thấy rau có trọng lượng sinh khối tươi, chiều cao và chiều dài dễ cao hơn so với sử dụng phân hóa học (Soh – Fong Lim, 2014). Vidhya Devi và cộng sự cũng đã nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ từ phế phụ phẩm rau quả như: dưa hấu, ổi đu đủ, dứa, na… bằng quá trình lên men rắn 8 và bổ sung các chủng vi sinh vật như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men. Kết quả cho thấy việc áp dụng phân bón hữu cơ đã mang lại hiệu quả cao trong việc nảy mầm hạt và ngăn chặn bệnh của rễ (Vidhya Devi, 2017). Tác giả Christian O.Asadu và cộng sự của ông mới đây cũng đã nghiên cứu so sánh hiệu quả của việc sử dụng phân bón sinh học (được sản xuất từ chất thải nông nghiệp bao gồm bùn thải và mùn cưa, sử dụng chế phẩm vi sinh Actinomyces) với việc sử dụng phân bón hóa học áp dụng trên đồng ruộng trồng ngô. Kết quả đã chứng minh rằng phân bón sinh học đã tăng cường sự phát triển của ngô đáng kể hơn so với phân hóa học (Christian O.Asadu, 2018). b. Ở Việt Nam Việt Nam là một nước nông nghiệp với khoảng 74% dân số làm nghề nông, do vậy phế thải nông nghiệp rất lớn, đồng thời với khí hậu nóng ẩm quá trình phân hủy phế thải xảy ra rất mạnh mẽ vì thế việc xử lý phế thải làm phân ủ là biện pháp rất thích hợp. Từ lâu, việc nghiên cứu xử lý các phế thải nông nghiệp thành phân bón đã được các nhà khoa học nghiên cứu sản xuất và ứng dụng. Phạm Văn Ty và cộng sự đã xây dựng được quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh EMVNI xử lý lá mía làm phân bón hữu cơ. Kết quả thử nghiệm cho thấy đã giảm thời gian ủ và có tác dụng tốt trên cây trồng (Phạm Văn Ty, 2001). Tác giả Nguyễn Xuân Thành và cộng sự đã nghiên cứu xử lý rác thải sinh hoạt và phế thải bùn mía bằng vi sinh vật và tái chế phế thải thành phân hữu. Kết quả cho thấy khi xử lý chế phẩm vi sinh vật vào đống ủ phế thải có tác dụng làm tăng vi khuẩn tổng số hiếu khí, vi khuẩn phân giải xenluloza, nấm tổng số so với đối chứng. Hàm lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu và độ xốp tăng so với đống ủ không được xử lý. Phân hữu cơ được tái chế từ phế thải đạt TCVN – 123B – 1996, chất lượng phân sau 4 tháng vẫn đạt TCVN. Khi thử nghiệm trên cây đậu tương cho kết quả: phân hữu cơ vi sinh tái chế từ phế thải, rác thải hữu cơ có tác dụng làm tăng chiều cao cây, trọng lượng, tăng cường độ N phân tử và tăng 9 năng suất hạt đậu tương từ 15 – 20% so với đối chứng (Nguyễn Xuân Thành, 2003). Năm 2004, tác giả Nguyễn Xuân Thành cùng cộng sự cũng đã nghiên cứu Xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lí tàn dư thực vật trên đồng ruộng thành phân hữu cơ tại chỗ bón cho cây trồng. Chế phẩm được thử nghiệm đem lại hiệu quả cao, rút ngắn thời gian xử lý so với đối chứng xuống còn 46-60 ngày, có hàm lượng dinh dưỡng tăng… có thể làm phân bón hữu cơ tại chỗ cho nhiều loại cây trồng, giảm bớt chi phí đầu vào cho sản xuất nông nghiệp (Nguyễn Xuân Thành, 2004). Trong nghiên cứu của Đào Châu Thu và cộng sự, đã áp dụng công nghệ vi sinh với phương pháp ủ phân bán hiếu khí, thời gian 50-60 ngày, đã sản xuất được hơn 10 tấn phân hữu cơ sinh học từ phế thải nông nghiệp có chất lượng tốt. Kết quả thử nghiệm bón phân hữu cơ sinh học từ rác thải trên 4 loại rau bắp cải, cà chua, cà rốt, đậu đũa trên đồng ruộng đều cho kết quả khả quan về các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất, chất lượng rau an toàn và hiệu quả kinh tế hơn các công thức bón toàn phân vô cơ hoặc bón phân chuồng (Đào Châu Thu, 2015). Phạm Thị Hà Nhung và cộng sự khi nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ từ lá táo theo quy mô hộ gia đình đã xây dựng công thức ủ phân từ lá táo, rơm rạ, thân cây ngô, đạm, lân, kali và chế phẩm vi sinh Trichoderma. Sau 70 ngày, sản phẩm phân hữu cơ tơi, xốp, có màu đen đặc trưng, hàm lượng dinh dưỡng tốt với 16,221% OM; 1,435% N; 0,256% P2O5; 0,316% K2O; pH đạt mức 7,42 thích hợp cho nhiều cây trồng. Thử nghiệm trồng rau cải với phân từ thí nghiệm cho thấy sinh trưởng của cây tốt hơn nhiều so với trồng trên nền đất trắng (Phạm Thị Hà Nhung, 2016) Hồ Bích Liên và cộng sự đã kết hợp hai thành phần là rác thải sinh hoạt và lá cây cao su (Hevea brasiliensis) có bổ sung chế phẩm sinh học Trichoderma nhằm mục đích tạo ra một loại giá thể mới phục vụ cho nông nghiệp và đồng thời góp phần giảm ô nhiễm môi trường hiện nay. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy: Giá thể được sản xuất từ nguyên liệu rác thải sinh hoạt 10 và lá cây cao su ở tỷ lệ 1:1,5 và bổ sung nồng độ chế phẩm sinh học Trichoderma 2% cho kết quả tối ưu nhất so với các tỷ lệ còn lại với hàm lượng đạm tổng là 1,68%, hàm lượng đạm dễ tiêu là 0,044%, không nhiễm coliform, giá thành sản xuất 1kg giá thể thấp nhất là 4.250 VNĐ/kg (Hồ Bích Liên, 2016). Tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy cũng đã nghiên cứu tuyển chọn được ba chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose mạnh bao gồ nấm mốc, xạ khuẩn và vi khuẩn. Ủ phế phụ phẩm nông nghiệp với các chủng vi sinh vật tuyển chọn cho thấy khả năng phân giải cellulose của chúng rất tốt (giảm 75,0% cellulose so với đối chứng) và hàm lượng đạm, lân, kali tổng số đều tăng hơn so với đối chứng. (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2017). Nhờ có sự thay đổi trong nhận thức về môi trường và những kết quả khả quan trong nghiên cứu mà việc xây dựng các cơ sở xử lý, tái chế phế thải ngày càng tăng lên. Các nghiên cứu và ứng dụng trong xử lý phế thải và tái chế tạo phân hữu cơ đã bước đầu góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm đồng thời mở ra hướng đi mới trong việc khắc phục hậu quả của thời đại công nghiệp, dần thay đổi phương thức sản xuất nông nghiệp hiện nay để hướng tới nền nông nghiệp bền vững – nền nông nghiệp hữu cơ. 1.2. Chất thải rắn hữu cơ 1.2.1. Khái niệm Các chất thải hữu cơ có các cách giải thích khác nhau trong các lĩnh vực khác nhau:“Hữu cơ” trong lĩnh vực Hóa học: Hợp chất bao gồm cacbon, hyđro và oxy,...Organic - “Hữu cơ” trong lĩnh vực Sinh học và Môi trường: vật liệu đến từ các đơn vị sống như: động vật, thực vật và vi sinh vật. Chất thải hữu cơ có thể đề cập đến dư lượng của thực vật, động vật và vi sinh vật, hoặc các chất thải được tạo ra tự nhiên từ tất cả các sinh vật sống. Chất thải hữu cơ là vật liệu có khả năng phân huỷ sinh học và có nguồn gốc từ thực vật hoặc động vật. Chất thải hữu cơ thường được phân hủy bởi các sinh vật khác theo thời gian và cũng có thể được gọi là chất thải ướt (Trần Thu Hà, 2009). 11 1.2.2. Thành phần của chất thải rắn hữu cơ Chất thải hữu cơ có thể được chia thành ba loại là: - Chất thải hữu cơ công nghiệp; - Chất thải hữu cơ nông nghiệp; - Chất thải hữu cơ trong sinh hoạt. Phần rác thải sinh hoạt chiếm khoảng 10%, công nghiệp và nông nghiệp tương ứng chiếm 40% và 50%. a. Chất thải hữu cơ công nghiệp Các loại chất thải hữu cơ phát sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp của nhà máy, xí nghiệp: vỏ cà phê, bã mía, vỏ lạc… trong các nhà máy chế biến. Phế liệu từ nhà máy giấy, nhà máy sợi, những làng nghề chế biến tinh bột… Lượng hữu cơ công nghiệp ở nước ta những năm gần đây phát sinh rất lớn, đặc biệt là ở những vùng có ngành công nghiệp phát triển như Hà Nội, Quảng Ninh, Hải Dương, TP. Hồ Chí Minh, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu... Riêng TP. Hồ Chí Minh, trong năm 2016, khối lượng hữu cơ công nghiệp ước phát sinh khoảng 1.500 - 2.000 tấn/ngày từ hơn 2.000 nhà máy lớn và khoảng 10.000 cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, nằm trong và ngoài các khu công nghiệp và cụm công nghiệp (Lê Hoàng Anh, Mạc Thị Minh Trà, Nguyễn Thị Bích Loan, 2018). b. Chất thải rắn hữu cơ nông nghiệp Ước tính mỗi năm khu vực nông thôn phát sinh khoảng 76 triệu tấn rơm rạ và khoảng 47 triệu tấn chất thải chăn nuôi. Các phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, phần thân thải bỏ của các cây trồng ngắn ngày (ngô, đậu...) hay các loại vỏ, chất thải sau sơ chế (điều, cà phê...) chiếm một lượng khá lớn. Tuy nhiên không được tính toán trong thống kê lượng hữu cơ phát sinh của các địa phương cũng như toàn quốc. Bên cạnh đó, chất thải hữu cơ trong chăn nuôi đang là một trong những nguồn thải lớn ở nông thôn. Theo ước tính, có khoảng 40 - 70% (tùy theo từng vùng) chất thải hữu cơ chăn nuôi được xử lý, số còn lại thải trực 12 tiếp thẳng ra ao, hồ, kênh, rạch... gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng (Lê Hoàng Anh, Mạc Thị Minh Trà, Nguyễn Thị Bích Loan, 2018). c. Chất thải rắn hữu cơ sinh hoạt Trong các nguồn phát sinh hữu cơ, lượng hữu cơ sinh hoạt đô thị tăng nhanh theo quy mô dân số đô thị. Ước tính lượng hữu cơ sinh hoạt ở các đô thị phát sinh trên toàn quốc tăng trung bình 10 ÷ 16 % mỗi năm. Lượng hữu cơ sinh hoạt đô thị tăng mạnh ở các đô thị lớn như Tp. Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng, nơi có tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa tăng nhanh, chiếm tới 45,24%, tổng lượng hữu cơ sinh hoạt phát sinh từ tất cả các đô thị lớn trên cả nước; Tỷ lệ hữu cơ sinh hoạt chiếm khoảng 60 - 70% tổng lượng hữu cơ đô thị (một số đô thị tỷ lệ này lên đến 90%). Tại khu vực nông thôn, lượng hữu cơ sinh hoạt phát sinh trung bình khoảng 0,33 kg/người/ngày. Vùng đồng bằng sông Hồng và Cửu Long là 0,4 kg/người/ngày, thấp nhất là vùng núi phía Bắc (0,2 kg/người/ngày). Đến nay, số lượng hữu cơ sinh hoạt nông thôn hiện chưa được thống kê đầy đủ do công tác quản lý hữu cơ sinh hoạt nông thôn còn hạn chế (Lê Hoàng Anh, Mạc Thị Minh Trà, Nguyễn Thị Bích Loan, 2018). Công tác thu gom hữu cơ tại nông thôn cũng đã được chú trọng trong những năm gần đây, tuy nhiên, cũng chủ yếu tập trung ở các khu vực nông thôn vùng đồng bằng. Khu vực miền núi, do tập quán sinh hoạt, rác thải sinh hoạt phần lớn vẫn được các hộ dân tự thu gom và xử lý tại nhà (đổ ra vườn). Theo thống kê có khoảng 60% số thôn hoặc xã tổ chức thu dọn định kỳ, trên 40% thôn, xã đã hình thành các tổ thu gom rác thải tự quản. Tỷ lệ thu gom hữu cơ sinh hoạt tại khu vực nông thôn mới đạt khoảng 40 - 55%.Theo báo cáo của Cục Hạ tầng kỹ thuật, Bộ Xây dựng, tính đến tháng 11/2016, cả nước có khoảng 35 nhà máy xử lý hữu cơ tập trung tại các đô thị được đầu tư xây dựng và đi vào vận hành. Tổng công suất xử lý theo thiết kế khoảng 7.500 tấn/ngày. Số lượng lò đốt hữu cơ sinh hoạt có khoảng 50 lò đốt, đa số là các lò đốt cỡ nhỏ, công suất xử lý dưới 500kg/giờ. Ngoài ra, cả nước có khoảng 660 bãi chôn lấp hữu cơ sinh hoạt (chưa thống kê được đầy đủ các bãi chôn lấp nhỏ rải rác ở các xã) với tổng 13 diện tích khoảng 4.900ha.Tuy nhiên, trong đó chỉ có 203 bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Nhiều xã, đặc biệt các xã miền núi,chưa có các bãi rác tập trung, thiếu người và phương tiện chuyên chở rác, chủ yếu hình thành bãi rác tự phát, là nguồn gây ô nhiễm môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2019). 1.2.3. Các biện pháp xử lý chất thải hữu cơ Tại Việt Nam, hoạt động phân loại chất thải hữu cơ tại nguồn chưa được phát triển rộng rãi, điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị kỹ thuật còn hạn chế, phần lớn phương tiện thu gom chất thải hữu cơ không đạt quy chuẩn kỹ thuật và không đảm bảo vệ sinh môi trường. Các điểm tập kết chất thải hữu cơ (điểm hẹn, trạm trung chuyển) chưa được đầu tư xây dựng đúng mức, gây mất vệ sinh.Tại nhiều khu vực, hệ thống vận chuyển chưa đáp ứng nhu cầu vận chuyển chất thải hàng ngày, gây tình trạng tồn đọng chất thải trong khu dân cư. Theo Tổng cục Thống kê, năm 2016, cả nước thu gom được trên 33.167 tấn hữu cơ, trong đó tổng lượng hữu cơ thông thường thu gom được xử lý đạt tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia tương ứng đạt khoảng 27.067 tấn (chiếm tỷ lệ 81%). Như vậy, vẫn còn khoảng 5.100 tấn hữu cơ được thu gom nhưng chưa được xử lý theo quy định, chưa kể lượng lớn hữu cơ chưa được thu gom, đã và đang gây ô nhiễm môi trường (Lê Hoàng Anh, Mạc Thị Minh Trà, Nguyễn Thị Bích Loan, 2018). a. Phương pháp thiêu đốt Thiêu đốt là phương pháp phổ biến hiện nay trên thế giới để xử lý chất thải rắn nói chung, đặc biệt là đối với chất thải rắn độc hại công nghiệp, chất thải nguy hại y tế nói riêng. Xử lý khói thải sinh ra từ quá trình thiêu đốt là một vấn đề cần đặc biệt quan tâm. Phụ thuộc vào thành phần khí thải, các phương pháp xử lý phù hợp có thể được áp dụng như phương pháp hoá học (kết tủa, trung hoà, ôxy hoá…), phương pháp hoá lý (hấp thụ, hấp phụ, điện ly), phương pháp cơ học (lọc, lắng)… Thiêu đốt chất thải rắn là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại chất thải nhất định không thể xử lý bằng các biện pháp khác. Đây là giai đoạn ôxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của ôxy trong không khí, trong đó có 14 rác độc hại được chuyển hoá thành khí và các thành phần không cháy được. Khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt được làm sạch thoát ra ngoài môi trường không khí. Tro xỉ được chôn lấp. Phương pháp thiêu đốt được sử dụng rộng rãi ở một số nước như Nhật Bản, Đức, Thuỵ Sĩ, Hà Lan, Đan Mạch… là những nước có số lượng đất cho các khu thải rác bị hạn chế. Xử lý chất thải bằng phương pháp thiêu đốt có ý nghĩa quan trọng là làm giảm bớt tới mức nhỏ nhất chất thải cho khâu xử lý cuối cùng là chôn lấp tro, xỉ. Mặt khác, năng lượng phát sinh trong quá trình thiêu đốt có thể tận dụng cho các lò hơi, lò sưởi hoặc các nghành công nghiệp cần nhiệt và phát điện. Mỗi lò đốt cần phải được trang bị một hệ thống xử lý khí thải, nhằm khống chế ô nhiễm không khí do quá trình đốt có thể gây ra (Nguyễn Đức Khiển, 2020). Mặc dù phương pháp xử lý bằng thiêu đốt đòi hỏi chi phí xử lý cao nhưng vẫn thường áp dụng để xử lý rác thải độc hại như rác thải y tế và công nghiệp vì các phương pháp này xử lý tương đối triệt để chất gây ô nhiễm. Quá trình thiêu đốt rác thải thường được thực hiện trong các lò đốt rác chuyên dụng ở nhiệt độ cao,thường từ 850 đến 1.100oC. Bản chất của quá trình là tiến hành phản ứng cháy, tức phản ứng ôxy hoá rác thải bằng nhiệt và ôxy của không khí. Nhiệt độ phản ứng được duy trì bằng cách bổ sung năng lượng như năng lượng điện hay nhiệt toả ra khi đốt cháy nhiên liệu như gas, dầu diezen… Hiện tại, ở Việt Nam xử lý chất thải rắn nguy hại y tế chủ yếu bằng lò đốt công suất nhỏ được trang bị cho từng bệnh viện. Tuy nhiên, các bệnh viện lớn tuyến trung ương trực thuộc Bộ Y tế có công tác thu gom, phân loại, vận chuyển và xử lý chất thải y tế được thực hiện tốt. Các bệnh viện tuyến tỉnh, huyện, việc xử lý chất thải y tế phụ thuộc nhiều vào điều kiện kinh tế từng tỉnh. Số bệnh viện tuyến huyện được trang bị lò đốt đạt tiêu chuẩn rất ít. Vì vậy, chất thải y tế thường được đốt bằng lò đốt thủ công hoặc chôn lấp trong khu đất của bệnh viện. Đối với rác thải nguy hại công nghiệp được xử lý bằng phương pháp đốt thì gần như tuân theo nguyên lý đốt của chất thải y tế nhưng công suất lò lớn hơn. Hiện tại, các khu công nghiệp có đầu tư khu xử lý chất thải rắn nguy hại tập 15 trung không nhiều. Các chất thải rắn nguy hại thường được doanh nghiệp hợp đồng với công ty, đơn vị có chức năng, được cấp giấy phép vận chuyển và xử lý chất thải rắn nguy hại xử lý. Tại Việt Nam, các công ty môi trường đô thị (viết tắt là URENCO) vẫn là những đơn vị hàng đầu trong xử lý chất thải rắn nguy hại. Công ty nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các lò đốt chất thải rắn công suất lớn đặt tại một số địa điểm, phục vụ nhu cầu xử lý chất thải khu vực xung quanh. b. Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh Trong các phương pháp xử lý và tiêu huỷ chất thải rắn trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng, chôn lấp là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất. Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới. Về thực chất, chôn lấp là phương pháp lưu giữ chất thải trong một khu vực và có phủ đất lên trên. Phương pháp chôn lấp thường áp dụng cho đối tượng chất thải rắn là rác thải đô thị không được sử dụng để tái chế, tro xỉ của các lò đốt, chất thải công nghiệp. Phương pháp chôn lấp cũng thường áp dụng để chôn lấp chất thải nguy hại, chất thải phóng xạ ở các bãi chôn lấp có thiết kế đặc biệt cho rác thải nguy hại. Chôn lấp hợp vệ sinh là một phương pháp kiểm soát sự phân huỷ của các chất rắn khi chúng được chôn nén và phủ lấp bề mặt. Chất thải rắn trong bãi chôn lấp sẽ bị tan rữa nhờ quá trình phân huỷ sinh học bên trong để tạo ra sản phẩm cuối cùng là các chất giàu dinh dưỡng như axit hữu cơ, nitơ, các hợp chất amon và một số khí như CO2, CH4. Tại miền Bắc, bãi chôn lấp rác thải Nam Sơn (Sóc Sơn, Hà Nội) là bãi chôn lấp rác lớn nhất, chịu trách nhiệm xử lý rác cho toàn thành phố Hà Nội. Mỗi ngày bãi chôn lấp rác Nam Sơn tiếp nhận khoảng 3.000 tấn rác và có thể tăng lên 4.000 tấn/ngày trong 2 năm tới. Hiện tại, bãi Nam Sơn đã lấp đầy 6/9 ô chôn lấp. Tại thành phố Hồ Chí Minh, mỗi ngày có khoảng 6.000 tấn rác được đem tới các bãi chôn lấp. Tuy nhiên, vì lý do quỹ đất và địa hình nên tại thành phố Hồ Chí Minh có nhiều bãi chôn lấp phục vụ công tác xử lý chất thải rắn của thành phố. 16 Bãi chôn lấp Gò Cát tại thành phố Hồ Chí Minh đã từng là bãi chôn lấp chính của thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên, hiện nay đã đóng cửa bãi chôn lấp vì bãi đã đầy. Hiện nay, bãi chôn lấp rác Gò Cát tuy đã đóng cửa nhưng hệ thống xử lý nước rác, hệ thống thu hồi khí gas và thiết bị máy phát điện vẫn tiếp tục hoạt động. Ngoài ra, thành phố Hồ Chí Minh có bãi chôn lấp Phước Hiệp, thuộc Khu liên hợp xử lý chất thải rắn Tây Bắc. Bãi chôn lấp này có diện tích trên 22,8 ha, công suất xử lý rác trung bình khoảng 3.000 tấn/ngày, được xây dựng với tổng kinh phí trên 197 tỷ đồng. Công nghệ xử lý của bãi rác này là công nghệ chôn lấp rác hợp vệ sinh, nước rỉ rác tại bãi sẽ được thu gom bằng hệ thống ống nhựa HDPE và dẫn về trạm xử lý nước thải tập trung, sau đó xả vào kênh Thầy Cai. Ngày 16/2/2008, Công ty Môi trường Đô thị thành phố Hồ Chí Minh đã chính thức đưa vào hoạt động bãi chôn lấp rác số 2 tại Khu liên hiệp xử lý chất thải rắn Phước Hiệp – Củ Chi. Đây là bãi chôn lấp rác thay thế cho bãi chôn lấp 1A (đã hết khả năng tiếp nhận vào đầu năm 2008) có sức chứa khoảng 4,464 triệu tấn rác, công suất tiếp nhận trung bình 2.000 tấn/ngày và tối đa trên 4.000 tấn/ngày, thời gian khai thác 5 năm với tổng mức vốn đầu tư trên 350 tỷ đồng (100% vốn do công ty đầu tư). Bãi chôn lấp rác Đa Phước thuộc Khu liên hiệp xử lý chất thải rắn Đa Phước chủ yếu phục vụ xử lý rác thải khu vực phía nam thành phố Hồ Chí Minh. Tổng diện tích khu liên hợp là 73,64 ha trong đó diện tích để xây dựng ô chôn rác là 29,7 ha với công suất tiếp nhận 3000 tấn/ngày đêm. Dự kiến bãi rác sẽ hoạt động 4 năm rồi đóng cửa. Ngoài hai thành phố lớn Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh có bãi chôn lấp hợp vệ sinh quy mô lớn, việc thu gom, vận chuyển, xử lý rác được tổ chức quy củ thì tại các tỉnh thành khác, mặc dù cũng có bãi chôn lấp rác hợp vệ sinh nhưng việc vận hành bãi rác còn gặp nhiều khó khăn. Do đó, việc xử lý chất thải rắn bằng phương pháp chôn lấp tại Việt Nam vẫn cần phải được quan tâm và đầu tư nhiều. c. Phương pháp ủ sinh học 17