báo cáo nghiên cứu khoa học hoàn thiện quy trình sản xuất phân hữu cơ từ vỏ trái cacao và thân cây họ đậu

Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
Đề tài: Hoàn thiện quy trình sản xuất phân hữu cơ từ vỏ trái cacao và thân cây họ
đậu
Mã số:
Chủ nhiệm đề tài:
Danh sách cán bộ tham gia:
Stt
Tên Học vị Chức danh Đơn vị công tác
1 Trần Thị Duyên
2 Lê Đình Chí Công
 Nội dung chính:
- Gia công thiết bị xử lí thô vỏ ca cao và thân cây đậu;
- Tuyển chọn chế phẩm sinh học có khả năng phân hủy cellulose cao;
- Phân tích các chỉ tiêu đầu vào của vỏ ca cao như: cacbon, cellulose thô, nitơ,
nhiệt độ, độ ẩm;
- Xác định công thức phối trộn của các thành phần cho đống ủ;
- Theo dõi sự biến thiên trong quá trình ủ các chỉ tiêu: nhiệt độ, độ ẩm, pH,
chất hữu cơ, hàm lượng cacbon, hàm lượng nitơ.
- Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của phân thành phẩm.
 Kết quả đạt được
- Khoa học: nghiên cứu tuyển chọn chế phẩm sinh học phân hủy chất hữu cơ
nhanh mà không phải đi phân lập, tuyển chọn các vi sinh vật, tiết kiệm thời gian,
chi phí.
- Kinh tế - xã hội: tận dụng phế phẩm sản xuất thành phân giúp giảm bớt chi
phí phân bón hóa học, giảm độc hại cho con người, giảm ô nhiễm môi trường không
khí, nước, cải tạo nguồn đất và tuần hoàn dinh dưỡng cho đất.
- Ứng dụng: có tính ứng dụng cao trên thực tế cho người dân tận dụng phế
thải sản xuất phân hữu cơ.
Thời gian nghiên cứu: từ 10/02/2014 đến 30/06/2014
Chủ nhiệm đề tài Trưởng Khoa Phòng KH&CGCN
(ký, họ tên) (ký, họ tên) (ký, họ tên)

Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học i Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài này tôi xin chân thành cảm ơn:
- Ban Giám hiệu nhà Trường, PGS. TS Nguyễn Văn Thông- Trưởng Khoa
Hóa học và Công nghệ Thực phẩm đã quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi
hoàn thành đề tài.
- ThS. Trần Thị Duyên, KS. Nguyễn Văn Tới đã nhiệt tình hướng dẫn, định
hướng và giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài.
- Thầy Huỳnh Minh Nhựt, cán bộ phòng thí nghiệm Vi sinh - Hóa Sinh, đã tạo
điều kiện tốt nhất về trang thiết bị thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
- Các thầy, cô khoa Công nghệ Thực phẩm đã tận tình đóng góp ý kiến giúp
tôi hoàn thiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tôi đã luôn động viên, ủng hộ
tôi vượt qua khó khăn trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học ii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng tất cả những kết quả nghiên cứu được nêu trong đề tài này là
do tôi thực hiện, các ý tưởng tham khảo và những kết quả trích dẫn từ các công
trình nghiên cứu khác đều được nêu rõ trong đề tài.
Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 7 năm 2014
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học iii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ii
LỜI CAM ĐOAN iii
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1
3.1.Phương tiện nghiên cứu 21
3.1.1.Thời gian và địa điểm 21
3.1.2.Nguyên vật liệu 21
3.1.3.Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 21
3.2.Phương pháp nghiên cứu 22
4.1.3. Kết quả gia công máy nghiền vỏ ca cao và thân cây đậu 39
4.2. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào. 40
4.4. Biến thiên độ ẩm 43
4.5. Biến thiên pH 45
4.6. Biến thiên hàm lượng xơ thô 47
4.7. Biến thiên hàm lượng nitơ 48
4.8. Biến thiên hàm lượng cacbon 49
4.9. Biến thiên tỷ lệ C/N 50
4.10. Đặc tính sản phẩm 53
CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ VÀ KIẾN NGHỊ 54
5.1. Đánh giá 54
5.2. Kiến nghị 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
PHỤ LỤC 57
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học iv Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Cách bố trí thí nghiệm tuyển chọn chế phẩm 23
Hình 2a. Hình chiếu cạnh Hình 2b. Hình chiếu đứng 24
Hình 3. Bố trí thí nghiệm quy trình ủ phân 26
Hình 4. Đường kính vòng phân giải trên môi trường thạch 32
Hình 5. Máy nghiền vỏ ca cao và thân đậu 39
Hình 6. Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ 41
Hình 7. Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ 43

Hình 8. Sự thay đổi pH trong quá trình ủ 46
Hình 9. Sự biến đổi hàm lượng xơ thô trong quá trình ủ 47
Hình 10. Sự thay đổi hàm lượng nitơ 48
Hình 11. Sự thay đổi hàm lượng cacbon trong quá trình ủ 50
Hình 12. Biểu đồ sự thay đổi tỷ lệ C/N trong quá trình ủ 51
Hình 13. Biểu đồ đường glucose chuẩn 60
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học v Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật 10
Bảng 2. Tỷ lệ C/N của một số chất thải 12
Bảng 3. Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ[13] 16
Bảng 4. Thành phần nguyên liệu ủ phân 25
Bảng 5. Đường kính vòng phân giải hoạt hóa điều kiện hiếu khí 29
Bảng 6. Đường kính vòng phân giải hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 30
Bảng 7. Đường kính vòng phân giải hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 31
Bảng 8. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí 33
Bảng 9. Kết quả đo quang sau 72h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí 34
Bảng 10. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí 34
Bảng 11. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 34
Bảng 12. Kết quả đo quang sau 72h hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 35
Bảng 13. Kết quả đo quang sau 96h hoạt hóa ở điều kiện kỵ khí 36
Bảng 14. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 37
Bảng 15. Kết quả đo quang sau 72h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 37
Bảng 16. Kết quả đo quang sau 48h hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí 38
Bảng 17. Chỉ tiêu đầu vào của nguyên liệu 40
Bảng 18. Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ 41
Bảng 19. Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ 43
Bảng 20. Sự thay đổi pH trong quá trình ủ 45
Bảng 21. Sự thay đổi hàm lượng xơ thô trong quá trình ủ 47

Bảng 22. Sự thay đổi hàm lượng nitơ 48
Bảng 23. Sự thay đổi hàm lượng Cacbon 49
Bảng 24. Sự thay đổi tỷ lệ C/N trong quá trình ủ 50
Bảng 25. Đặc tính sản phẩm 53
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
C.M : Compost maker
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học vi Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
T.england : Tricho england
HCHC : Hợp chất hữu cơ
CMC : Carboxyl methyl cellulose
VSV : Vi sinh vật
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học vii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cuộc sống hàng ngày, con người không chỉ tiêu thụ và sử dụng một số
lượng lớn các nguyên liệu, sản phẩm từ thiên nhiên để tồn tại và phát triển, đồng
thời cũng vứt thải lại cho thiên nhiên và môi trường sống các phế thải, rác thải có
nguy cơ huỷ hoại môi trường.
Nhìn chung tình hình phát sinh rác thải gây ô nhiễm đều xảy ra hầu hết ở tất cả
các ngành, cơ sở, hộ gia đình sản xuất khác nhau. Trong số đó hoạt động sản xuất
cacao cũng là một trong những hoạt động phát sinh nguồn thải góp phần vào sự ô
nhiễm môi trường.
Vỏ cacao chiếm khoảng 50% trọng lượng quả cacao. Tại các vùng nhiệt đới, đây
là nguồn phế thải quan trọng. Trong khi các nước trên thế giới đã có những công
trình xử lý vỏ cacao để sản xuất thức ăn cho gia súc gia cầm, ứng dụng lên men tạo
phân bón… thì ở nước ta, rất ít công trình nghiên cứu đến việc ứng dụng của phế
phẩm này.[2]
Vỏ cacao chậm phân hủy do có hai thành lignin và cellulose. Các phế phẩm nông
nghiệp khác có thời gian phân hủy nhanh hơn vì ít hai thành phần chất này hơn.

Có rất nhiều biện pháp xử lý rác thải hiệu quả và không gây ô nhiễm môi trường,
tái sử dụng rác thành các sản phẩm có giá trị kinh tế. Trong đó biện pháp được ưu
tiên hàng đầu hiện nay để xử lý chất thải là sử dụng biện pháp phân hủy sinh học,
có hai phương pháp phân hủy sinh học chất thải hữu cơ là chế biến compost hiếu
khí và phân hủy kị khí, trong đó chế biến compost hiếu khí là ít tốn kém, sản phẩm
của quá trình là compost có thể sử dụng làm phân bón. Quá trình ủ compost giúp
chuyển hóa các dạng hợp chất hữu cơ khó phân hủy như: hydrocacbon, cellulose,
lignin… tạo thành các hợp chất đơn giản giàu protein, khoáng và vitamin… có lợi
cho con người và môi trường. Bên cạnh đó nhiệt độ trong hệ thống tương đối cao có
thể cho phép loại được các mầm bệnh do đó quá trình ủ compost được đánh giá là ít
ảnh hưởng đến môi trường và nhất là phù hợp với các quy luật tự nhiên, có thể tái
sử dụng làm phân bón cho các loại cây nông nghiệp.[21]
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
Để tăng giá trị sử dụng của trái cacao; giúp người sản xuất giảm chi phí phân bón
cho vườn cacao và vườn cây trồng khác; giảm chi phí xử lý ô nhiễm môi trường do
lượng lớn vỏ cacao tạo ra trong quá trình sơ chế. Chúng tôi thực hiện đề tài: “Hoàn
thiện quy trình sản xuất phân hữu cơ từ vỏ trái cacao và thân cây họ đậu”.
1.1. Mục tiêu của đề tài
- Tuyển chọn được chế phẩm sinh học có khả năng phân giải cellulose cao ứng
dụng vào quá trình ủ vỏ trái ca cao và thân cây đậu;
- Gia công máy nghiền vỏ ca cao và thân cây đậu;
- Kiểm soát và điều chỉnh các yếu tố trong quá trình ủ;
- Kiểm tra, đánh giá chất lượng phân thành phẩm.
1.2. Nội dung nghiên cứu
- Gia công thiết bị xử lí thô vỏ ca cao và thân cây đậu;
- Tuyển chọn chế phẩm sinh học có khả năng phân hủy cellulose cao;
- Phân tích các chỉ tiêu đầu vào của vỏ ca cao như: cacbon, cellulose thô, nitơ,
nhiệt độ, độ ẩm;
- Xác định công thức phối trộn của các thành phần cho đống ủ;

- So sánh tốc độ hoai mục và sự biến đổi của các yếu tố trong quá trình ủ ở 2
nghiệm thức:
• A
1
– Nghiệm thức 1: sử dụng chế phẩm Gem-P và Gem-K;
• A
2
– Nghiệm thức 2: sử dụng chế phẩm Compost Maker của Viện Thổ
Nhưỡng Nông Hóa Việt Nam;
- Theo dõi sự biến thiên trong quá trình ủ các chỉ tiêu: nhiệt độ, độ ẩm, pH,
chất hữu cơ, hàm lượng cacbon, hàm lượng nitơ.
- Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của phân thành phẩm.
1.3. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học
- Ý nghĩa khoa học: đề tài mở ra hướng mới cho việc tận dụng vỏ cacao và
thân cây đậu tạo thành sản phẩm có ích, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường
và giảm đáng kể lượng phân bón hóa học; giảm thiểu thời gian và chi phi phân lập
tuyển chọn vi sinh vật;
- Ý nghĩa thực tiễn: quá trình ủ compost dễ thực hiện và có triển vọng cao và
có thể ứng dụng trực tiếp cho nông nghiệp.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu về cây ca cao
2.1.1. Nguồn gốc cây ca cao[4]
Nguồn gốc của cây ca cao ở lưu vực sông amazon, Nam Mỹ. Từ đó cây ca cao
phát triển sang các nước khác ở Trung và Nam Mỹ với hai loại chính là Criollo và
Forastero. Criollo có dạng hạt tròn, có hương vị nhẹ nhưng tương đối dễ nhiễm
bệnh. Forastero có dạng cây cao, khỏe, hạt to hơn Criollo nhưng hương vị nhạt hơn.
Hạt Forastero dạng dẹp, lá mầm bên trong màu tím, chứa nhiều loại chất béo hơn
Criollo.

Do vậy, hầu hết các vùng trồng ca cao trên thế giới hiện nay đều trồng dạng
Forastero. Thổ dân Nam Mỹ dùng ca cao làm đồ uống. Hạt cac cao được rang lên,
nghiền nhỏ, trộn thêm bột ngô, vanilla và đôi khi cả ớt. Ngày nay, ở một số nước
như Colombia, Philippin, dạng đồ uống đặc sệt như vậy còn tồn tại, mặc dù có thay
đổi chút ít như thêm đường, vanilla hoặc tinh dầu quế. Ở Nicaragua, hạt ca cao có
lúc được dùng như một thứ tiền tệ trong trao đổi mua bán. Ca cao được sử dụng
rộng rãi từ thế kỷ thứ 6 ở các bộ tộc ở Maya và đến thế kỷ thứ 16 được lưu hành
rộng tãi ở Trung Mỹ. Từ thế kỷ 16, ca cao bắt đầu phát triển rộng ra các nước khác
trên thế giới, trước hết là các nước Nam Mỹ và vùng biển Caribe như Venezuela,
Haiti, Jamaica. Cac cao vượt Thái Bình Dương và được trồng ở Philippin vào đầu
thế kỷ 17, sau đó tiếp tục mở rộng qua Ấn Độ và Scrilanca vài chục năm sau. Cho
đến thời gian này loại phụ Criollo vẫn chiếm diện tích chủ yếu. Brazil và Ecurador
là những nước đầu tiên phát triển loại phụ Foratestero và đầu thế kỷ 19 ca cao bắt
đầu được xuất khẩu với quy mô 2000-5000 tấn từ các nước Nam Mỹ.
Cuối thế kỷ 19 ca cao mới được trồng tại các nước Tây Phi, trước hết là Ghana
và Nigieria. Ngày nay, ca cao phát triển rất nhanh do có thị trường ởn Châu Âu.
Năm 1900 Châu Phi chỉ chiếm 17% tổng sản lượng ca cao thê giới nhưng đến năm
1960, tỷ lệ này đã lên tới 73%. Từ năm 1985 trở lại đây, các nước Châu Á bắt đầu
phát triển mạnh ca cao, trước hết là ở các nước Malaysia, Indonesia, Ấn Độ, Sri
Lanka…
Vào đầu thế kỷ 20, người Pháp đã đưa cây ca cao vào miền nam Việt Nam, tuy
nhiên do một số yếu tố cây ca cao thời điểm đó chưa thật sự phát triển. Khoảng năm
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 3 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
1994, một dự án về trồng cây ca cao với quy mô 10.000 ha được thực hiện, chủ yếu
ở tĩnh Quảng Ngãi tuy nhiên vẫn thất bại không thể phát triển mạnh như cà phê và
cao su.
2.1.2. Đặc điểm cây ca cao
Ca cao là loài thân gỗ nhỏ có thể cao đến 10-20 m nếu mọc tự nhiên trong rừng.
Trong sản xuất người ta thường xén bớt để việc thu hoạch có thể dễ dàng hơn và độ

cao của cây khi đã trưởng thành không vượt quá 7,5 m, đường kính thân cây từ 10-
15 cm. Cây ca cao sinh trưởng tốt dưới bóng che, do đó cây ca cao cần được che
chắn để tránh bớt tia nắng mặt trời và gió, đặc biệt là trong những giai đoạn đầu của
thời kỳ phát triển và có thể trồng xen canh cây ca cao với một số cây kinh tế khác.
Thời kỳ kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài từ 25 đến 40 năm.
Mỗi năm cây ca cao cho đến hàng nghìn hoa ở thân chính và cành to nhưng chỉ
từ 1-3% là đậu thành trái. Sau khi thụ phấn trái tăng trưởng chậm trong khoảng 40
ngày đầu và đạt tốc độ tối đa sau 75 ngày. Sau khi thụ phấn 85 ngày sự tăng trưởng
của trái chậm lại, trong khi hạt bên trong trái bắt đầu tăng trưởng nhanh, đây cũng là
thời kỳ hạt tích lũy chất béo. Lớp cơm nhầy hình thành khoảng 140 ngày sau khi
thụ phấn đến khi trái chín kéo dài từ 5-6 tháng.
Trái ca cao có thể đạt chiều dài từ 15-20 cm, khối lượng trung bình từ 200g-1kg.
Tùy theo từng loài, hình dạng của trái thay đổi từ hình cầu, hình dài nhọn, hình
trứng hoặc hình ống. Màu sắc của trái khá đa dạng: màu xanh, màu vàng, màu đỏ.
Mỗi trái chứa khoảng 20-40 hạt.
Lớp cơm nhầy chiếm khoảng 15-20% trọng lượng của hạt ca cao tươi và chứa
một trữ lượng đường rất cao, có thể sử dụng lớp cơm nhầy này làm nước sinh tố,
kem hoặc cô đặc làm nước cốt trái cây, hay sử dụng chế biến rượu vang…
Vỏ quả ca cao chứa 3-4% kali trên trọng lượng chất khô, là nguồn phân bón giàu
kali. Tro đốt từ vỏ dã từng được sử dụng để làm xà phòng. Vỏ quả ca cao khô, xay
nhỏ có thể độn vào thức ăn cho bò, cừu, dê. Bò có thể ăn trực tiếp vỏ tươi thay thế
được cho khẩu phần cỏ voi.
2.1.3. Thành phần hóa học của vỏ trái ca cao
Nước, chất béo, cacbohydrate, nitrogen, acid hữu cơ, muối khoáng,… các thành
phần này sẽ có hàm lượng khác nhau ở chất nhầy, vỏ hạt và thịt hạt.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 4 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
- Chất nhầy (thịt quả) có hàm lượng nước và đường cao nhất, ngoài ra còn có
acid citric làm cho pH thịt quả luôn ở mức 3,5
- Vỏ hạt có hàm lượng cacbohydrate cao, hàm lượng khoáng trung bình có

trong vỏ quả ca cao vào khoảng 8,2% trọng lượng vỏ. Trong đó đa số là Fe, K,
Mg…
2.2. Giới thiệu về thân cây đậu
- Hiện nay trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, sản lượng cây đậu tương đối
cao, chủ yếu tập trung ở các huyện như Đất Đỏ, Châu Đức, , sau các vụ mùa chủ
yếu được người dân đốt bỏ, một số ít tận dụng làm nguồn thức ăn cho bò, dê;
- Qua các nghiên cứu cho thấy trong rễ các cây họ đậu có các loại vi khuẩn nốt
sần thuộc chi Rhizobium có khả năng cố định đạm, rất có tiềm năng và triển vọng để
ứng dụng sản xuất phân hữu cơ sinh học;
- Ngoài ra khi bổ sung thân cây đậu còn tạo được độ xốp, thông thoáng cho
đổng ủ, giúp oxy phân bố đều trong đống ủ.
2.3. Giới thiệu về compost
- Quá trình chế bến compost: là quá trình phân hủy sinh học và ổn định của
chất hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ thermoliphic. Kết quả của quá trình phân hủy
sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và có ích
cho việc ứng dụng cho cây trồng.[1]
- Compost: là sản phẩm của quá trình chế biến compost, đã được ổn định như
chất mùn, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn trùng, có thể được lưu
trữ an toàn và có lợi cho sự phát triển của cây trồng.[1]
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 5 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
2.4. Hệ vi sinh vật trong đống ủ compost
2.4.1. Vi sinh vật phân hủy tinh bột trong đống ủ compost
Trong đống ủ có nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột [18]. Một
số vi sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzyme trong hệ
enzyme amylase. Ví dụ như một số vi nấm bao gồm một số loài trong các chi
Aspergillus, trong nhóm vi khuẩn có các loài thuộc chi Bacillus, Cytophaga…xạ
khuẩn cũng có một số chi có khả năng phân giải tinh bột.
Đa số các vi sinh vật không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzyme amylase để phân
hủy tinh bột. Chúng chỉ có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài enzyme trong hệ

đó. Ví dụ như các loài Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Clostridium butiricum…
chỉ tiết ra môi trường một loại enzyme α-amylase. Các loài Aspergillus oryzae,
Clostridium acetobutilicum…chỉ tiết ra môi trường enzyme β-amylase. Một số loài
khác chỉ tiết ra môi trường enzyme glucoamylase. Các nhóm này cộng tác với nhau
trong quá trình phân hủy tinh bột thành đường.
2.4.2. Vi sinh vật phân hủy phosphate trong đống ủ compost
Phospho là một thành phần khoáng rất quan trọng trong tế bào của vi sinh vật và
là một yếu tố dinh dưỡng không thể thiếu được trong sự phát triển của các loài nấm
[18]. Các hợp chất lân hữu cơ trong đống ủ rất nhiều và có nguồn gốc từ xác thực
vật, phân gia súc, gia cầm…Sự chuyển hóa các hợp chất phospho hữu cơ thành
muối của H
3
PO
4
được thực hiện bởi nhóm vi sinh vật phân hủy phospho hữu cơ
[20].
Những vi sinh vật này có khả năng tiết ra enzymes phosphatase để xúc tác cho
quá trình phân giải. Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ chủ yếu thuộc hai chi Bacillus
và Pseudomonas. Các loài có khả năng phân giải mạnh là Bacillus megatherium,
Bacillus mycoides và Pseudomonas sp.
Các hợp chất lân khó tan còn nằm trong các hợp chất khoáng bổ sung vào trong
đống ủ. Rất nhiều vi sinh vật tham gia phân giải lân vô cơ, trong đó vi khuẩn có rất
nhiều loài phân giải mạnh như: Bacillus megatherium, Bacillus butyricus…
Các vi khuẩn nitrat hóa sống trong đống ủ cũng có khả năng phân giải lân vô cơ,
do nó có khả năng chuyển NH
3
thành NO
2
-
, rồi NO

3
-
. Rồi NO
-
3
sẽ phản ứng với H
+
tạo thành HNO
3
. HNO
3
sẽ phản ứng với phosphate khó tan thành dạng dễ tan:
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 4HNO
3
Ca(H
2
PO
4
)
2
+ 2Ca(NO
3
)
2

Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 6 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
Ngoài ra một số vi nấm và xạ khuẩn cũng có khả năng phân hủy lân vô cơ. Trong
nhóm vi nấm thì A.niger có khả năng phân giải lân mạnh nhất.
2.4.3. Vi sinh vật phân giải protein trong đống ủ compost
Quá trình phân giải protein còn gọi là quá trình amon hóa. Vai trò của vi sinh vật
chính là thông qua các quá trình amon hóa - phân giải protein, urê, acid uric,… để
biến các chất thải này thành dạng có ích [18]. Có nhiều vi sinh vật có khả năng phân
giải protein: nấm mốc, xạ khuẩn và vi khuẩn.
Muốn phân giải protein các vi sinh vật phải tiết vào môi trường enzyme protease
ngoại bào. Chúng xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptide và một số liên kết
khác để phân cắt protein thành các phân tử nhỏ hơn. Các chất này tiếp tục được
phân hủy thành các aminoacid nhờ enzyme peptidase hoặc hấp thu trực tiếp và phân
hủy thành aminoacid sau khi vào tế bào, một phần các aminoacid được sử dụng để
xây dựng protein của chúng, một phần tiếp tục bị phân hủy, sản phẩm của quá trình
này là NH
3
, CO
2
và nhiều sản phẩm trung gian khác.
Quá trình phân giải protein có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí và kị khí.
Trong điều kiện hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ được phân giải bởi các loài
thuộc chi Bacillus, Pseudomona…Một số loài trong chi Clostridium thực hiện quá
trình amôn hóa kị khí.
Quá trình amon hóa protein là sự phân giải protein kèm theo sự tạo thành
amoniac. Quá trình này giữ vai trò quan trọng trong việc khép kín vòng tuần hoàn
nitơ và chuyển nitơ từ dạng khó hấp thụ sang dạng muối amon dễ dàng được cây
xanh sử dụng. NH
3
được tạo ra có thể được oxy hóa để hình thành acid nitrit qua

các giai đoạn trung gian, quá trình này gọi là quá trình nitrat hóa.
Rất nhiều vi sinh vật có khả năng amon hóa protein:
- Vi khuẩn: Bacillus mycoides, Clostridium…
- Xạ khuẩn: Streptomyces griceus, Streptomyces rimosus…
- Nấm mốc: A.flavus, A.niger, Penicillium, mucor…
2.4.4. Vi sinh vật phân giải hemicellulose trong đống ủ compost
Do cấu trúc của hemicellulose không chặt, rất nhiều vi sinh vật trong các nhóm
nấm mốc, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn có khả năng tổng hợp và phân giải
hemicellulose [18].
Ngoài ra vi sinh vật phân giải hemicellulose thường có trong dạ dày của động vật
nhai lại như trâu bò, chủ yếu là các giống sau: Bacillus, Bacteroides, Closridium.
Nhiều loại nấm sợi như: Aspergillus, Penicillium, Trichoderma.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 7 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
2.5. Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ compost
2.5.1. Phản ứng sinh hóa
Quá trình phân hủy chất thải rắn diễn ra rất phức tạp, qua nhiều giai đoạn và sản
phẩm trung gian. Ví dụ, quá trình phân hủy protein: protein  peptides  amino
acids  hợp chất ammonium  nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH
3.
Đối với carbonhydrate, quá trình phân hủy xảy ra: carbonhydrate đường đơn 
acid hữu cơ  CO
2
và nguyên sinh chất của vi khuẩn.[5]
Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí vẫn chưa
được nghiên cứu chi tiết. Các giai đoạn khác nhau trong quá trình ủ hiếu khí có thể
phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau:
- Pha thích nghi: là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường
mới
- Pha tăng trưởng: đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy

sinh học
- Pha ưa nhiệt: là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định
chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh xảy ra
trong quá trình ủ hiếu khí và phân hủy kị khí được đặc trưng bởi 2 phương trình:
CHC + O
2
+ VSV hiếu khí  CO
2
+ NH
3
+ sp khác + năng lượng
CHC + O
2
+ VSV kị khí  CO
2
+ H
2
S +NH
3
+ CH
4
+ sp khác + năng lượng
- Pha trưởng thành: là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường.
Quá trình lên men chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (quá trình
chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi,
nitơ…) và cuối cùng thành mùn. Các phản ứng nitrat hóa, trong đó ammonia (sản
phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO
2
)
và cuối cùng thành nitrat (NO

3
): [14]
NH
4
+
+ 3/2 O
2
 NO
2
-
+ 2H
+
+ H
2
O
NO
2
-
+ 1/2 O
2
 NO
3
-
Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:
NH
4
+
+ 2O
2
 NO

3
-
+ 2H
+
+H
2
O
Vì NH
4
+
cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho quá trình
tổng hợp trong mô tế bào:
NH
4
+
+ 4CO
2
+ HCO
3
-
+ H
2
O  C
5
H
7
NO
2
+ 5H
2

O
Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:
22NH
4
+
+ 37O
2
+ 4CO
2
+ HCO
3
-
 21NO
3
-
+ C
5
H
7
NO
2
+ 20H
2
O + 42H
+
2.5.2. Phản ứng sinh học
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 8 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
Ủ compost là quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong chất thải rắn được
biến đổi thành các chất mùn ổn định do hoạt động của các thể chức có thể sống

trong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải. Các tổ chức này gồm các loại vi
sinh vật như vi khuẩn, nấm, chất hữu cơ được phân hủy như ban đầu từ vi sinh vật
tiêu thụ bậc một như vi khuẩn thực hiện. Trong thời gian đầu, vi khuẩn thích hợp
điều kiện Mesophilic xuất hiện trước.[11]
Nhiệt độ tăng khi vi khuẩn Thermophilic xuất hiện chiếm hầu hết các vị trí trong
khối ủ, thermophilic nấm thường tăng trưởng từ 5-10 ngày sau khi ủ. Nếu nhiệt độ
cao hơn 60-70
o
C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế, chỉ còn các dạng bào tử
có thể phát triển, trong giai đoạn cuối cùng, nhiệt độ giảm Actinomycetes trở nên
chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ xuất hiện màu trắng hoặc nâu.
Các loại vi khuẩn Thermophilic, hầu hết là loài Bacillus đóng vai trò quan trọng
trong việc phân hủy protein và hydratcacbon. Mặc dù chỉ hoạt động bên lớp ngoài
đống ủ và chỉ hoạt động trong thời gian cuối nhưng nhóm Actinomycetes đóng vai
trò trong việc phân hủy cellulose, lignin và các chất bền vững khác. Sau giai đoạn
tiêu thụ bậc một hay sơ cấp thực hiện xong, các chất này sẽ là thức ăn cho các sinh
vật tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giun tròn, động vật nguyên sinh, phiêu
sinh.[10]
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 9 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost
2.6.1. Các yếu tố vật lý
Các yếu tố vật lý ảnh hưởng tới quá trình ủ gồm: nhiệt độ, độ ẩm, kích thước
nguyên liệu, độ thoáng khí.[16]
2.6.1.1. Nhiệt độ
Đây là yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến compost vì nó quyết định
thành phần quần thể vi sinh vật (ban đầu là nhóm Mesophilic và sau đó là nhóm
Thermophilic chiếm ưu thế), ngoài ra nhiệt độ còn là một chỉ thị để nhận biết các
giai đoạn xảy ra trong quá trình ủ compost.
Nhiệt độ tối ưu là 50 – 60

o
C, thích hợp với vi khuẩn thermophilic và tốc độ
phân hủy các chất hữu cơ là cao nhất. Nhiệt độ trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động
của vi sinh vật làm cho quá trình phân hủy diễn ra không thuận lợi, còn nhiệt độ
thấp hơn ngưỡng này thì phân sẽ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh.
Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu
chỉnh độ thoáng khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách
che phủ hợp lý.
Bảng 1. Khoảng nhiệt độ của các nhóm vi sinh vật
Loài vi sinh vật
Nhiệt độ (
o
C)
Khoảng dao
động
Tối ưu
VSV ưa lạnh
(Psychrophilic)
10 – 30 15
VSV ưa ấm (Mesophilic) 40 – 50 35
VSV ưa nhiệt (thermophilic) 45 – 75 55
2.6.1.2. Độ ẩm
Là yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá trình chế biến
compost. Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan dinh dưỡng và nguyên sinh chất
của tế bào.
Độ ẩm tối ưu thường 50 – 60 %. Các vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong
quá trình phân hủy chất hữu cơ thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của
chất hữu cơ. Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn
khi độ ẩm quá lớn (> 70%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 10 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
độ phân hủy kị khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng
không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi
sinh vật gây bệnh
Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt
dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác.
Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào. Độ ẩm cao có thể điều
chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như : mạt cưa, rơm rạ…
Thông thường độ ẩm của phân bắc, bùn và phân động vật thường cao hơn giá trị
tối ưu, do đó cần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết.
Đối với hệ thống sản xuất phân hữu cơ liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng
cách tuần hoàn sản phẩm phân hữu cơ.
2.6.1.3. Kích thước hạt
Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy. Quá trình phân hủy hiếu khí
xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ
tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy.
Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt sẽ làm hạn chế sự lưu thông khí
trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ và
giảm mức độ hoạt tính của vi sinh vật. Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có
độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều, không có lợi
cho quá trình chế biến phân hữu cơ.
Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3 – 50mm. Kích thước hạt
tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu.
[6]
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 11 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
2.6.1.4. Độ xốp
Độ xốp là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ. Độ xốp
tối ưu sẽ thay đổi tùy theo loại vật liệu chế biến phân, thông thường độ xốp cho quá
trình chế biến phân diễn ra tốt khoảng 35–60%, tối ưu là 32–36%

Độ xốp của chất thải hữu cơ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần
thiết cho sự trao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các
phần tử hữu cơ hiện diện trong các vật liệu ủ. Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển
oxy , nên hạn chế sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ khối ủ. Ngược lại, độ
xốp cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt.
Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỷ lệ
trộn hợp lý.
2.6.2. Các yếu tố hóa sinh
2.6.2.1. Chất dinh dưỡng
Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật: trong
đó Cacbon và Nitơ là cần thiết nhất, tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng
nhất; photpho (P) là yếu tố quan trọng kế tiếp; lưu huỳnh (S); canxi (Ca) và các
nguyên tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào.
[19]
Khoảng 20-40% C của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiết cho
quá trình đồng hóa thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hóa thành CO
2
. Cacbon
cung cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng tế bào vi
sinh vật. Nitơ là thành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin, enzyme,
co-enzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào.
Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ compost là khoảng 30/1. Ở mức tỷ lệ thấp hơn,
Nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH
3
, nguyên nhân gây ra mùi khai. Ở mức tỷ lệ cao hơn,
sự phân hủy xảy ra chậm.
Tỷ lê C/N của các chất thải khác nhau được trình bày trong bảng sau. Trừ phân
ngựa và lá khoai tây, tỷ lệ C/N của tất cả các chất thải khác nhau đều phải được điều
chỉnh để đạt giá trị tối ưu trước khi tiến hành làm phân.
Bảng 2. Tỷ lệ C/N của một số chất thải

Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 12 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
STT CHẤT THẢI
N (% khối lượng
khô)
TỶ LỆ C/N
1 Phân bắc 5,5 – 6,5 6 –10
2 Nước tiểu 15 – 18 0,8
3 Máu 10 – 14 3,0
4 Phân động vật – 4,1
5 Phân bò 1,7 1,8
6 Phân gia cầm 6,3 1,5
7 Phân cừu 3,8 -
8 Phân heo 3,8 -
9 Phân ngựa 2,3 25
10 Bùn cống thải khô 4 –7 11
11
Bùn cống đã phân
hủy
2,4 –
12 Bùn hoạt tính 5 6
13 Cỏ cắt xén 3 – 6 12 – 15
14 Chất thải rau quả 2,5 – 4 11 – 12
15 Cỏ hỗn hợp 2,4 19
16 Lá khoai tây 1,5 25
17 Trấu lúa mì 0,3 – 0,5 128 – 150
18 Trấu yến mạch 0,1 48
19 Mạt cưa 0,1 200 – 500
Khi bắt đầu quá trình ủ phân, tỷ lệ C/N giảm dần từ 30/1 xuống 15/1 ở các sản
phẩm cuối cùng do hai phần ba cacbon được giải phóng tạo ra CO

2
khi các hợp chất
hữu cơ bị phân hủy bởi các vi sinh vật.
Mặc dù tỷ lệ C/N khoảng 30/1 là mục tiêu tối ưu trong quá trình ủ phân compost,
nhưng tỷ lệ này có thể được điều chỉnh theo giá trị sinh học của vật liêu ủ, trong đó
quan trọng nhất là cần quan tâm tới các thành phần có hàm lượng lignin cao.
Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỷ lệ C/N tối ưu gặp phải
khó khăn vì nhưng lý do sau:
- Một phần các cơ chất như cellulose và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ
bị phân hủy sau một khoảng thời gian dài;
- Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không có sẵn;
- Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn
Azotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO
4
3-
;
- Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 13 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
Nếu tỷ lệ C/N của nguyên liệu làm phân cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát
triển của vi sinh vật do thiếu N. Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hóa, oxy
hóa phân cacbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp. Do đó, thời gian cần thiết
cho quá trình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn. Theo
nghiên cứu cho thấy, nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình
làm phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 – 50, thời gian cần
thiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N =78, thời gian cần thiết là 21 ngày.[15]
2.6.2.2. pH
Giá trị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình ủ
phân compost. Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid
hữu cơ. Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ phân rác, các acid này bị tích tụ và kết

quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kìm hãm sự phân
hủy lignin và cellulose. Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ
phân. Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống
đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật.
2.6.2.3. Vi sinh vật
Chế biến compost là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác
nhau. Vi sinh vật trong quá trình chế biến compost bao gồm : actinomycetes và vi
khuẩn. Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm vi
sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả
hơn.
Hiện nay có nhiều chủng vi sinh vật đã được các nhà khoa học nghiên cứu, phân
lập sử dụng để phân giải các chất hữu cơ một cách hiệu quả. Chúng phân giải các
chất dễ phân hủy như tinh bột đến các chất khó phân hủy như Lignin và cellulose.
[20]
2.6.2.4. Chất hữu cơ
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 14 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
Tốc độ phân hủy tùy thuộc vào thành phần và tính chất của chất hữu cơ. Chất
hữu cơ hòa tan dễ dàng phân hủy hơn chất hữu cơ không hòa tan. Lignin và ligno-
cellulose là những chất phân hủy rất chậm.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 15 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
Bảng 3. Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ[13]
THÔNG
SỐ
GIÁ TRỊ
Kích thước
Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước chất thải
khoảng 25 – 75mm.
Tỷ lệ C/N

Tỷ lệ C/N tối ưu dao động trong khoảng 25–50.
- Ở tỷ lệ thấp hơn, dư NH
3
, hoạt tính sinh học giảm;
- Ở tỷ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế.
Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn.
Độ ẩm
Nên kiểm soát trong phạm vi 50-60% trong suốt quá trình ủ,
tối ưu là 55%.
Đảo trộn
Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và tạo thành các
rãnh khí, trong quá trình làm phân hữu cơ, chất thải hữu cơ
phải được xáo trộn định kỳ. Tần suất đảo trộn phụ thuộc vào
quá trình thực hiện.
Nhiệt độ
Phải được duy trì trong khoảng 50-55
o
C đối với một vài ngày
đầu và 55-60
o
C trong những ngày sau đó. Trên 66
o
C hoạt
tính của vsv giảm đáng kể.
Kiểm soát
mầm bệnh
Nhiệt độ 60-70
o
C, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt
Nhu cầu về

không khí
Lượng oxy cần thiết được tính toán dựa trên cân bằng tỷ
lượng. Không khí chứa oxy cần phải được tiếp xúc đều với
tất cả các phần của chất thải rắn làm phân
pH
Tối ưu là 7 - 7,5 để hạn chế sự bay hơi nitơ dưới dạng NH
3
,
pH không được vượt quá 8,5.
Mức độ
phân hủy
Đánh giá qua sự giảm nhiệt độ vào thời gian cuối.
2.7. Lợi ích và hạn chế của quá trình ủ compost
2.7.1. Lợi ích
- Là phương án được lựa chọn để bảo tồn nguồn nước và năng lượng;
- Kéo dài tuổi thọ cho các bãi chôn lấp;
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 16 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
- Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình chế biến
compost sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ dễ thối rữa sang dạng ổn định, chủ yếu là
các chất vô cơ ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất hoặc nước;
- Làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh: nhiệt của chất thải sinh ra từ quá
trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 60
o
C, đủ để làm mất hoạt tính của vi
khuẩn gây bệnh, vius và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất
một ngày, các sản phẩm của quá trình chế biến compost có thể thải bỏ an toàn trên
đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất;
- Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong
chất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ. Sau quá trình làm

phân compost, các chất này được chuyển thành các chất vô cơ như NO
3
-
và PO
4
3+
thích hợp cho cây trồng. Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến compost bổ sung
dinh dưỡng cho đất có khả năng làm giảm thất thoát dinh dưỡng do rò rỉ các chất
dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan. Thêm vào đó, lớp đất trồng
cũng được cải tiến nên giúp rễ phát triển tốt hơn;
- Làm khô bùn: phân người, phân dộng vật và bùn chứa khoảng 80 – 95%
nước, do đó chi phí thu gom vận chuyển và thải bỏ cao. Làm khô bùn trong quá
trình ủ phân compost là phương pháp lợi dụng nhiệt của chất thải sinh ra từ quá
trình phân hủy sinh học làm bay hơi nước chứa trong bùn;
- Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Trong đất bón phân vi sinh với
hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng không
những làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh cho cây trồng hơn so
với các loại phân bón hóa học khác.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 17 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường ĐHBRVT
2.7.2. Hạn chế
- Hàm lượng chất dinh dưỡng trong compost không thỏa mãn yêu cầu;
- Do đặc tính của chất thải hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào thời
gian, khí hậu và phương pháp chế biến phân, dẫn đến tính chất của sản phẩm cũng
khác nhau. Bản chất của vật liệu làm compost thường làm cho sự phân bố nhiệt độ
trong khối phân không đồng đều, do đó khả năng làm mất hoạt tính của vi sinh vật
gây bệnh trong sản phẩm compost cũng không hoàn toàn;
- Quá trình sản xuất compost tạo mùi khó chịu nếu không thực hiện quy trình
sản chế biến đúng cách;
- Hầu hết các nhà nông vẫn thích sử dụng phân hóa học vì không quá đắt tiền,

dễ sử dụng và tăng năng suất cây trồng một cách rõ ràng[12].
2.8. Một số phương pháp ủ compost trên thế giới
2.8.1. Phương pháp ủ theo luống dài và thổi khí thụ động có xáo trộn
Trong phương pháp này, vật liệu ủ được sắp xếp theo luống dài và hẹp, và được
đảo trộn theo một chu kỳ nhất định nhằm cấp khi cho luống ủ… Các luống compost
được xáo trộn bằng cách di chuyển luống compost với xe xúc hoặc xe trộn chuyên
dụng.
Các luống ủ có chiều dài thay đổi từ 1m (đối với nguyên liệu có mật độ dày như
phân) đến 3,5m (đối với nguyên liệu nhẹ như lá cây). Chiều rộng luống ủ thay đổi
từ 1,5-6m.
Không khí (oxy) được cung cấp tới hệ thống bằng các con đường tự nhiên như
do khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt… các luống phân đươc xáo trộn định kỳ thường
xuyên nhằm trộn đều chất thải rắn trong luống phân, trộn đều độ ẩm và hỗ trợ cho
thổi khí thụ động. Việc xáo trộn được thực hiện bằng xe xáo trộn chuyên dụng hoặc
bằng xe xúc. Các thiết bị sử dụng được xác định theo hình dạng thực tế của luống ủ.
Tốc độ làm thoáng khí phụ thuộc độ xốp của đống ủ. Luống ủ với các nguyên
liệu nhẹ như lá cây có tốc độ thoáng khí lớn hơn tốc độ thoáng khí của luống ủ với
nguyên liệu phân. Nếu luống ủ quá lớn, các vùng kị khí có thể xuất hiện ở khu vực
trung tâm, điều này sẽ tạo mùi khi luống ủ được đảo trộn. Ngược lại, các luống ủ
nhỏ sẽ mất nhiệt quá nhanh và sẽ không thể đạt được nhiệt độ đủ lớn để diệt vi sinh
vật gây bệnh và bay hơi ẩm.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 18 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm