Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm EM sản xuất phân Compost từ bã thải của quy trình chiết xuất Lutein từ hoa cúc vạn thọ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƢỜNG











VÕ THỊ PHẤN


NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM EM SẢN XUẤT
PHÂN COMPOST TỪ BÃ THẢI CỦA QUY TRÌNH
CHIẾT XUẤT LUTEIN TỪ HOA CÚC VẠN THỌ



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Nha Trang, năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƢỜNG











VÕ THỊ PHẤN


NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM EM SẢN XUẤT
PHÂN COMPOST TỪ BÃ THẢI CỦA QUY TRÌNH
CHIẾT XUẤT LUTEIN TỪ HOA CÚC VẠN THỌ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG





GVHD: TS. HOÀNG THỊ HUỆ AN





Nha Trang, năm 2013


LỜI CẢM ƠN


Trong thời gian học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp tại Viện Công
Nghệ Sinh Học&Môi Trường- Đại Học Nha Trang, tôi đã được sự giúp đỡ
của Quý thầy cô, Viện, Bộ Môn và các bạn lớp 51CNMT.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
– Ban Giám hiệu nhà trường, cùng quý thầy cô trong Viện Công Nghệ
Sinh Học&Môi Trường - Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi hoàn thành chương trình đào tạo và thực hiện công tác tốt nghiệp.
– TS. Hoàng Thị Huệ An (Bộ môn Hóa) đã tận tình hướng dẫn, động viên

và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp.
– Quý thầy cô phụ trách Phòng Thí nghiệm Hóa Cơ bản, Công nghệ Sinh
học và Công nghệ Môi Trường đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về trang-thiết bi, dụng
cụ thí nghiệm cho tôi trong suốt quá trình tiến hành thực nghiệm.
Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, gia đình, bạn bè đã
quan tâm giúp đỡ và động viên, hỗ trợ tôi trong thời gian học tập và thực hiện đồ
án này.

Nha Trang, tháng 7 năm 2013
Sinh viên thực hiện
VÕ THỊ PHẤN
.


i
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC CÁC HÌNH v
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
MỞ ĐẦU vii
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 3
1.1 Tổng quan về compost 3
1.1.1 Định nghĩa 3
1.1.2 Các phản ứng hóa sinh xảy ra trong quá trình ủ 4
1.1.2.1 Các phản ứng sinh hóa 4
1.1.2.2 Phản ứng sinh học 5
1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost 5
1.1.3.1 Các yếu tố vật lý 6

1.1.3.2 Các yếu tố hóa sinh 8
1.1.4 Chất lượng compost 13
1.1.5 Ứng dụng của phân compost 13
1.1.6 Lợi ích và hạn chế của compost 14
1.1.6.1 Lợi ích của quá trình làm compost 14
1.1.6.2 Hạn chế của quá trình làm compost 14
1.1.7 Một số phương pháp ủ compost 15
1.1.7.1 Phương pháp ủ theo luống dài và cấp khí bằng xáo trộn 15
1.1.7.2 Phương pháp ủ theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức 15
1.1.7.3 Phương pháp ủ trong thùng kín 16
1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất phân compost 16
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 20


ii
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ 23
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23
2.1.2 Hóa chất sử dụng 23
2.1.3 Thiệt bị và dụng cụ thí nghiệm 23
2.1.3.1 Thiết bị 23
2.1.3.2 Dụng cụ 23
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 24
2.2.1 Phương pháp xử lý nguyên liệu 24
2.2.2 Phương pháp xác định một số thành phần của nguyên liệu 25
2.2.2.1 Xác định độ ẩm: 25
2.2.2.2 Xác định cacbon tổng số (C): 25
2.2.2.3 Xác định nitơ tổng số (N): 25
2.2.2.4 Xác định pH : 25

2.2.2.5 Xác định độ mùn (MO):. 25
2.3 Quy trình dự kiến sản xuất phân compost từ bã thải hoa cúc vạn thọ 25
bã thải hoa CVT sử dụng chế phẩm sinh học TKS – M2 26
2.4. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp cho quá trình sản
xuất phân compost từ bã thải hoa CVT 28
2.4.1. Xác định tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu 28
2.4.2. Xác định mật độ nguyên liệu thích hợp 28
2.4.3 Xác định thời gian ủ thích hợp 31
2.5. Đề xuất quy trình thích hợp sản xuất phân compost từ bã thải hoa
cúc vạn thọ 32
2.6 Phƣơng pháp xử lý số liệu. 32
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33
3.1 Một số thành phần hóa học của bã thải nguyên liệu 33


iii
3.2. Kết quả xác định các thông số thích hợp cho quá trình sản xuất phân
compost từ bã thải hoa CVT 33
3.2.1. Xác định tỷ lệ dịch TKS/ nguyên liệu 33
3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian ủ 40
3.3 Quy trình tối ƣu xử lý và ủ phân compost từ bã thải hoa cúc vạn thọ
có sử dụng chế phẩm sinh học TKS – M2 42
3.4. Sản xuất thử nghiệm – Kiểm tra chất lƣợng sản phẩm 44
3.5. So sánh với các loại phân compost khác 46
3.6 Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50
PHỤ LỤC 52

iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT
TIẾNG ANH
TIẾNG VIỆT
C
CVT
CTR
EM
CPSH
dd:ngliệu

Marigold

Effective Microorganisms
Cacbon
Cúc vạn thọ
Chất thải rắn
Vi sinh vật hữu hiệu
Chế phẩm sinh học
Dung dịch:nguyên liệu
MO
N
Tbị

Độ mùn
Nitơ
Thiết bị

VSV
Microorganisms
Vi sinh vật



v/w
Volume/weight
thể tích/khối lượng
w/m
2
Weight/area
khối lượng/diện tích



v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Đồ thị biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ………………………7
Hình 1.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ ủ phân compost của Mỹ và
Canada………………………………………………………………………18
Hình 1.3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ ủ phân của Trung Quốc………… 20
Hình 2.1: Bã thải hoa cúc vạn thọ mới thu từ thiết bị chiết lutein………….25
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất phân compost từ bã thải hoa CVT
sử dựng chế phẩm sinh học TKS – M2…………………………………… 27
Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu thích
hợp………………………………………………………………………… 30
Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định mật độ nguyên liệu thích hợp…31
Hình 2.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ủ thích hợp………….32
Hình 3.1a: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu và thời gian ủ đến độ

ẩm phân compost từ bã thải CVT……………………………………………35
Hình 3.1b: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu và thời gian ủ đến
hàm lượng mùn phân compost từ bã thải CVT…………………………… 37
Hình 3.2a: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến độ ẩm phân
compost từ bã thải CVT…………………………………………………… 39
Hình 3.2b: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến hàm lượng
mùn phân compost từ bã thải CVT………………………………………….40
Hình 3.3: Biến thiên độ ẩm và độ mùn nguyên liệu trong quá trình ủ từ bã
thải CVT…………………………………………………………………….42
Hình 3.4: Sơ đồ quy trình thích hợp ủ phân compost từ bã thải hoa CVT sử
dựng chế phẩm sinh học TKS – M2……………………………………… 43
Hình 3.5: Sản phẩm phân compost từ bã thải CVT…………………………46
Hình 3.6: So sánh thành phần của phân compost từ bã thải hoa CVT và một
số loại phân compost từ phế liệu nông nghiệp khác ở VN…………………47


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tỷ lệ C:N của chất thải………………………………………… 10
Bảng 1.2: Tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế biến compost…13
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của bã thải hoa cúc vạn thọ……………… 34
Bảng 3.2a: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu và thời gian ủ đến độ
ẩm phân compost từ bã thải CVT……………………………………………35
Bảng 3.2b: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu và thời gian ủ đến
hàm lượng mùn phân compost từ bã thải CVT…………………………… 37
Bảng 3.3a: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến độ ẩm phân
compost từ bã thải CVT…………………………………………………… 39
Bảng 3.3b: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến hàm lượng
mùn phân compost từ bã thải CVT………………………………………….40

Bảng 3.4: Biến thiên độ ẩm và độ mùn nguyên liệu trong quá trình ủ từ bã
thải CVT…………………………………………………………………….41
Bảng 3.5: Thành phần cơ bản của sản phẩm phân compost thu được từ bã thải
hoa CVT…………………………………………………………………… 45
Bảng 3.6: So sánh thành phần của phân compost từ bã thải hoa CVT và một
số loại phân compost từ phế liệu nông nghiệp khác ở VN………………….47
Bảng 3.7: Ước tính sơ bộ chi phí nguyên vật liệu để sản xuất phân compost từ
3 tạ bã thải hoa CVT…………………………………………………………48








vii
MỞ ĐẦU

Hiện nay rác thải sinh hoạt và phế thải nông công nghiệp là một thảm
họa khó lường trong sự phát triển mạnh mẽ của quá trình sản xuất, chế biến
nông công nghiệp và hoạt động của toàn xã hội. Phế thải không chỉ làm ô
nhiễm môi trường sinh thái, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất, gây độc hại
đến sức khỏe con người, vật nuôi và cây trồng, mà còn mất đi cảnh quan văn
hóa đô thị và nông thôn. Đặc biệt, ở Việt Nam mức tăng trưởng xuất khẩu
nông sản còn đọng lại vấn đề về bãi chứa, đầu ra cho các phế phẩm nông
nghiệp sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu, cùi bắp, thân cây chuối, vỏ dừa, bã
mía,…Số liệu hàng trăm ngàn tấn nông sản xuất khẩu hàng năm, tương ứng
với con số gấp nhiều lần như thế về phế phẩm nông nghiệp thải ra môi trường.
Đó sẽ là vấn nạn đe dọa ô nhiễm môi trường cho các tỉnh đang có thế mạnh

về sản xuất nông nghiệp. Ước tính hàng năm tổng số sản phẩm trong nông
nghiệp tạo ra là trên 50 triệu tấn trong đó phế phẩm chiếm khoảng 10 triệu
tấn. Đây chính là một trong những nguồn thải gây ô nhiễm môi trường đang
được công chúng và các nhà quản lý môi trường quan tâm tìm cách xử lý [8].
Ở Việt Nam, với đặc thù là một nước nông nghiệp thì thị trường tiêu thụ
phân bón có nhiều hứa hẹn. Theo Bộ Nông Nghiệp Và Phát Triển Nông Thôn
nhu cầu sử dụng phân bón cho ngành nông nghiệp tại Việt Nam vào khoảng
5,2 triệu tấn hàng năm. Các loại phân bón tiêu thụ trên thị trường Việt Nam
hiện nay chủ yếu là phân hóa học. Phân hóa học được sản xuất phần lớn từ
dầu hỏa, nên giá dầu trên thế giới tăng hay giảm đều ảnh hưởng đến giá phân
bón, mà giá phân bón không ổn định sẽ ảnh hưởng đến tình hình sản xuất
nông nghiệp. Trong khi đó, nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ từ phế phẩm
nông nghiệp sẽ không bị biến động về giá cả thị trường giúp người dân yên


1
tâm hơn trong việc phát triển nền nông nghiệp, đặc biệt Việt Nam là nước có
khoảng 80% dân số tham gia sản xuất nông nghiệp [10].
Trong số các phương pháp sản xuất phân hữu cơ, phương pháp ủ phân
compost hiện đang được quan tâm. Trong phương pháp này khối bã thải hữu
cơ được bổ sung thêm một chế phẩm vi sinh chuyên biệt nào đó nhằm tăng
tốc độ và hiệu quả phân hủy sinh học để tạo ra sản phẩm giống như mùn được
gọi là compost. Việc sản xuất phân compost không chỉ giúp tận dụng phế liệu
nông nghiệp tại địa phương để tạo thêm nguồn phân hữu cơ để bón cho cây
trồng với chi phí thấp mà còn giúp cải tạo và bảo vệ đất, làm sạch môi trường.
Chính vì vậy, ở Việt Nam gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất
phân compost từ các nguồn chất thải rắn nông nghiệp khác nhau.
Cây hoa cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.) - một loài hoa có màu
vàng – đỏ cam thường chỉ được trồng vào dịp Tết Âm Lịch để phục vụ cho
việc thờ cúng hay trang hoàng đường phố, công viên vào các dịp lễ tết - mặc

dù không xa lạ với người Việt Nam nhưng có lẽ nhiều người chưa biết đến
một công dụng khác của loài hoa này. Trong đề tài NCKH cấp tỉnh năm 2012-
2014, tác giả Hoàng Thị Huệ An đã nghiên cứu thu nhận lutein – một sắc tố
carotenoid có màu đỏ cam – để ứng dụng làm chất màu thực phẩm. Trong quy
trình này đã sinh ra một lượng khá lớn bã thải hoa cúc vạn thọ sau công đoạn
chiết tách lutein bằng hexan. Việc nghiên cứu tận dụng lượng bã thải này để
sản xuất phân compost nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường đồng thời
tạo ra một nguồn phân bón hữu cơ quay trở lại phục vu nông nghiệp là vấn đề
có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đó chính là lí do chúng tôi thực hiện đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu ứng
dụng chế phẩm EM sản xuất phân compost từ bã thải của quy trình chiết
xuất lutein từ hoa cúc vạn thọ”
Trong đồ án này sẽ nghiên cứu giải quyết các nội dung chính sau đây:


2
1/ Xác định điều kiện thích hợp để thu nhận phân compost từ bã thải hoa
cúc vạn thọ với sự bổ sung chế phẩm sinh học TKS – M2.
2/ Thử nghiệm sản xuất phân compost từ bã thải hoa cúc vạn thọ
3/ Phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm. Từ đó, kết luận về khả năng
ứng dụng của sản phẩm.
Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó khăn
về điều kiện thực nghiệm nên đề tài cũng không tránh khỏi những thiếu xót.
Em rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô và sự góp ý từ các bạn sinh
viên để đề tài này có thể được hoàn thiện hơn.

3
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về compost
1.1.1 Định nghĩa
Phân hữu cơ sinh học là sản phẩm phân bón được tạo thành thông qua quá
trình lên men vi sinh vật các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau (phế
thải nông, lâm nghiệp, phế thải chăn nuôi, phế thải chế biến, phế thải đô thị,
phế thải sinh hoạt…), trong đó có các hợp chất hữu cơ phức tạp dưới tác động
của vi sinh vật hoặc các hoạt chất sinh học được chuyển hóa thành mùn. Tùy
thuộc vào nhu cầu sản xuất mà có thể phối trộn phân liệu sao cho cây trồng
phát triển tốt nhất mà không cần bón bất kì các loại phân nào.
Quá trình composting gồm 4 giai đoạn phân biệt theo biến thiên nhiệt độ
như sau:
1. Pha thích nghi (latent phase): là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích
nghi với môi trường mới.
2. Pha tăng trưởng (growth phase): đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá
trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic (khu hệ vi sinh
vật chịu nhiệt).
3. Pha ưu nhiệt (thermophilic phase): là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất.
Đây là giai đoạn ổn định hóa chất và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu
quả nhất.
4. Pha trưởng thành (maturation phase): là giai đoạn nhiệt độ ổn định mức
mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường. Quá trình lên men lần
thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (là quá
trình chuyển hóa phức chất hữu cơ thành mùn) và các khoáng chất và cuối
cùng thành mùn.

4
1.1.2 Các phản ứng hóa sinh xảy ra trong quá trình ủ
1.1.2.1 Các phản ứng sinh hóa
Quá trình phân hủy chất thải xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và
sản phẩm trung gian.
Ví dụ:
- Quá trình phân hủy protein bao gồm các bước:
Protein → protides → amono acid → hợp chất ammonium → nguyên sinh
chất của vi khuẩn và N hoặc NH
3
.
- Đối với hydratcarbon, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước sau:
Hydratcarbon → đường đơn → axit hữu cơ → CO
2
và nguyên sinh chất của
vi khuẩn.
Phản ứng hóa sinh trong trường hợp làm phân compost hiếu khí và kị khí
như sau:
* Chất hữu cơ + O
2
+ VSV hiếu khí => CO
2
+ NH
3
+ sp khác + năng
lượng
* Chất hữu cơ + O
2
+ VSV kị khí => CO
2

+ NH
3
+ H
2
S + CH
4
+ sp
khác + năng lượng.
Đó cũng là phương trình biểu diễn phản ứng sinh hóa xảy ra trong pha
ưa nhiệt.
- Quá trình nitrat hóa với amoni là sản phẩm trung gian bị oxy hóa sinh
học tạo thành nitrit (NO
2
-
) và sau cùng là nitrat (NO
3
-
). Phương trình phản
ứng xảy ra như sau:
NH
4
+
+ 3/2O
2
→ NO
2
-
+ 2H
+
+ H

2
O
NO
2
-
+ 1/2O
2
→ NO
3
-

Kết hợp hai phương trình trên, ta có quá trình nitrat diễn ra như sau:
NH
4
+
+ 2O
2
→ NO
3
-
+ 2H
+
+ H
2
O


5
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
+ 5O
2

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
+

1.1.2.2 Phản ứng sinh học
Ủ compost là một quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong chất
thải rắn (CTR) được biến đổi thành các chất mùn ổn định do hoạt động của
các tổ chức cơ thể sống trong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải. Các
tổ chức này gồm các loại vi sinh vật (VSV) như vi khuẩn, nấm, động vật
nguyên sinh.
Chất thải hữu cơ được phân hủy bắt đầu từ sinh vật tiêu thụ bậc 1 như vi
khuẩn, nấm. Sự ổn định chất thải do các phản ứng của vi khuẩn thực hiện.
Trong thời gian đầu, vi khuẩn thích hợp với điều kiện mesophilic xuất hiện

trước, khi nhiệt độ tăng nấm Thermophilic xuất hiện chiếm hầu hết các vị trí
trong khối ủ. Nấm Thermophilic thường tăng trưởng tử 5-10 ngày sau khi ủ.
Nếu nhiệt độ cao hơn 65-70
0
C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế và
còn các dạng bào tử có thể phát triển. Trong giai đoạn cuối, khi nhiệt độ giảm
nhóm vi khuẩn Actinomycetes chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ sẽ xuất
hiện màu trắng hoặc nâu. Các loại nấm Thermophilic, hầu hết là các loài
Bacillus đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy protein và hợp chất
hydratcarbon. Mặc dù chỉ hoạt động bên lớp ngoài của đống ủ và chỉ hoạt
động vào giai đoạn cuối nhưng nhóm Actinommycetes đóng vai trò quan trọng
trong việc phân hủy xenllulose, lignin và các chất bền vững khác.
1.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình ủ compost
Hiệu quả của quá trình ủ phân compost phụ thuộc vào nhóm các tổ chức
cư ngụ và làm ổn định trong chất thải hữu cơ. Do đó, quá trình ủ phân sẽ


6
không được kết quả tốt và nguyên nhân chính là do sự mất cân bằng thành
phần hóa học và điều kiện lý học trong khi ủ. Vì vậy, cần chú ý đến các yếu tố
ảnh hưởng đến quá trình ủ như: nhiệt độ, độ ẩm, pH, VSV, oxy, tỷ lệ C:N,
kích thước hạt.
1.1.3.1 Các yếu tố vật lý
a. Nhiệt độ
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng trong quá trình ủ vì nó ảnh hưởng đến
hoạt tính của VSV. Ngoài ra, nhiệt độ còn là chỉ thị để nhận biết các giai đoạn
trong quá trình ủ.
Những ngày đầu tiên của quá trình ủ, nhiệt độ bắt đầu tăng từ nhiệt độ
môi trường đến 55-60
0

C rồi giảm xuống lại nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ tối
ưu để duy trì trong khối ủ là 52-58
0
C vì ở nhiệt độ này compost đạt hiệu quả
cao nhất, an toàn khi sử dụng cho cây trồng. Nhiệt độ cao hơn ngưỡng này thì
quá trình phân hủy diễn ra không thuận lợi, và ngược lại thấp hơn sẽ không
đạt tiêu chuẩn diệt mầm bệnh.











Hình1.1: Đồ thị biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ compost
0
10
20
30
40
50
60
70
Nhiệt độ
Thời gian
Pha

thích
nghi
Pha ƣu nhiệt
Pha
tăng
trƣởng
Pha trƣởng thành
Biến thiên nhiệt độ trong quá
trình ủ compost


7
b. Độ ẩm
Độ ẩm là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá
trình chế biến phân hữu cơ. Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan dinh
dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào.
Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ compost là khoảng 50 - 60%. Các vi sinh
vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy nguyên liệu ủ thường tập
trung lại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử nguyên liệu. Nếu độ ẩm quá
nhỏ (<20%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, ức chế các phản ứng sinh
học, ngược lại khi độ ẩm quá lớn (>65%) thì quá trình phân hủy chậm lại và
chuyển sang phân hủy kị khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít
kín các khe hở 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 Với những chất
thải có độ ẩm cao thì cần phải phơi khô để giảm độ ẩm hoặc phối trộn với các
vật liệu có độ ẩm thấp để luôn tạo độ ẩm thích hợp cho quá trình ủ diễn ra

thuận lợi.
c. Kích thƣớc 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 có tổng diện tích bề mặt
lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, tăng vận tốc phân hủy. Tuy nhiên, nếu
kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông không khí trong
đống ủ, 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 đồng đều,


8
không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ. Đường kính hạt tối ưu cho
quá trình chế biến khoảng 25 – 75mm. Kích thước hạt tối ưu có thể đạt bằng
nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu.
d. 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 vật liệu chế biến phân. Thông thường độ
xốp tối ưu nằm trong khoảng 32 – 36%.
Độ xốp của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy
cần thiết cho sự trao đổi chất, hô hấp của 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 trong
khối ủ. Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn đến nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm
bệnh không bị tiêu diệt.
Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách bổ sung vật liệu chất hữu cơ
như rơm rạ, vỏ trấu, mùn cưa.
1.1.3.2 Các yếu tố hóa sinh
a. Tỷ lệ C:N
Tỷ lệ C:N là thông số quan trọng trong cân bằng dinh dưỡng cho VSV.

Cacbon là nguồn năng lượng chủ yếu của VSV và Nitơ là nguyên tố để tổng
hợp chất nguyên sinh. Tỷ lệ C:N tối ưu trong khoảng 25 – 30. Nếu tỷ lệ C:N
của vật liệu làm compost cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của vi
sinh vật do thiếu nitơ, chúng sẽ chuyển qua nhiều chu trình chuyển hóa, oxy
hóa phần cacbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C:N thích hợp. Vì vậy, thời gian cần
thiết cho quá trình làm compost sẽ kéo dài hơn và thu sản phẩm ít mùn hơn.
Nếu tỷ lệ C:N thấp, nitơ sẽ bị thất thoát dưới dạng NH
3
đặc biệt trong điều
kiện nhiệt độ cao, pH cao và có thổi khí. Tỷ lệ C:N ở sản phẩm compost thu
được thông thường từ 15- 20 là tốt nhất.


9
Ngoài hai nguyên tố cacbon, nitơ là nền tảng cơ bản cho hoạt động sống
của VSV trong khối ủ, các nguyên tố photpho (P), lưu huỳnh (S), canxi (Ca)
là những nguyên tố quan trọng kế tiếp. Photpho ảnh hưởng đến chất lượng
compost vì nó là nguyên tố cần thiết cho cây trồng, hàm lượng photpho thay
đổi theo từng nguyên liệu. Lưu huỳnh ảnh hưởng đến việc sinh ra các hợp
chất bay hơi tạo ra mùi hôi trong khối ủ.
Bảng1.1 : Tỷ lệ C:N của chất thải [10]
Chất thải
N (% trọng lƣợng khô)
Tỷ lệ C:N
Nước tiểu
15 - 18
0,8
Hỗn hợp chất thải giết mổ
7 - 10
2

Phân chuồng
5,5 – 6,5
6 – 10
Bùn hoạt tính
5 - 6
6
Bùn cống rãnh
1,9
16
Cỏ cắt xén
4
12
Bắp cải
3,6
12
Cỏ dại
2
19
Cỏ hỗn hợp
2,4
19
Phân bón ở trang trại
2,15
19
Lá khoai tây
1,5
25
Vỏ trấu
1,05
48

Rơm rạ
0,3
128
Mùn cưa
0,11
511
Giấy báo
nil
-
Chất thải thực phẩm
2 - 3
15
Chất thải rau quả
1,5
35
Chất thải khác
0,5 – 1,4
30 – 80
Gỗ
0,07
700
Giấy
0,2
170
(Nguồn: Obeng and Wright)
b. Oxy
Là một nhân tố cũng rất quan trọng trong quá trình ủ compost. Không khí
ở môi trường xung quanh cung cấp cho khối ủ để VSV phân hủy chất hữu cơ
cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt độ. Nếu không khí không
được cung cấp đầy đủ có thể hình thành những vùng kị khí bên trong khối ủ

10
và gây ra mùi hôi. Lượng khí cung cấp cho khối ủ có thể thực hiện bằng
phương pháp thủ công như đảo trộn theo chu kì thời gian, đặt các ống tre
thông khí hoặc thổi khí bằng máy cấp khí.
Quá trình đảo trộn chỉ thỏa mãn điều kiện hiếu khí đối với mặt trên khối
ủ còn ở môi trường bên trong có thể là tùy nghi hoặc kị khí. Do đó tốc độ
phân hủy và thời gian có thể kéo dài và gây mùi hôi thối.
Còn thổi khí bằng máy cấp khí là phương pháp có hiệu quả phân hủy cao
nhất. Tuy nhiên, lượng khí cung cấp phải được khống chế thích hợp. Nếu cấp
quá nhiều thì chi phí sẽ cao và gây mất nhiệt của khối ủ kéo theo sản phẩm sẽ
có VSV gây bệnh. Trái lại, nếu thổi khí thấp thì môi trường bên trong là môi
trường kị khí và có thể gây ra mùi.
c. pH
Tùy thuộc vào thành phần và tính chất của chất thải, pH sẽ thay đổi trong
quá trình ủ, pH của vật liệu ban đầu cho vào khối ủ dao động trong khoảng
5,5 - 9 là có thể chế biến compost một cách hiệu quả. Khi bắt đầu ủ, pH giảm
đi do sự hình thành các axit hữu cơ. Nhưng sau đó pH tăng lên vì các axit hữu
cơ chuyển thành CH
4
và CO
2
. Khi quá trình ủ gần ổn định, pH dao động trong
khoảng 7.5 – 8,5. pH nguyên liệu đầu vào không được quá cao vì lúc đó sẽ
dẫn đến sự thất thoát nitơ dưới dạng NH
3
.
Cũng cần ổn định pH trong quá trình ủ compost vì các VSV cần một
khoảng pH tối ưu để hoạt động.

d. Vi sinh vật
Chế biến compost là một quá trình phức tạp do có sự tham gia của nhiều
loại VSV khác nhau như: vi khuẩn, nấm, vi khuẩn Actinomycetes, VSV gậy
bệnh, ngoài ra còn có tảo và protozoa. Đa số VSV trong các nhóm nêu trên
đều có khả năng phân giải hầu hết các chất hữu cơ thô trong rác thải. Tuy


11
nhiên, mỗi loại VSV có khả năng phân hủy tốt nhất một dạng vật chất hữu cơ
nào đó.
- Vi khuẩn: có mặt hầu hết trong các giai đoạn sản xuất compost. Hầu hết
hoạt động của VSV trong quá trình ủ có khoảng 80 – 90% là vi khuẩn
(Streptococus spp, Bacillus spp, Vibrio spp.)
- Actinomycetes: thường xuất hiện vào ngày thứ 5 – 7 trong quá trình ủ,
bao gồm: Micromonos pora, Streptomyces, Actinomycetes.
- Nấm: Với giới hạn nhiệt độ của nấm khoảng 60
0
C thì bao gồm các loại
như sau: Aspergillus, Penicillin, Fusarium, Trichoderma và Chaetomonium.
- VSV gây bệnh: một trong những yêu cầu của sản xuất compost là phải
hạn chế tối đa các loài VSV gây bệnh có trong sản phẩm. Do đó, để đảm bảo
tiêu chuẩn tiêu diệt mầm bệnh cho cây trồng, trong lúc chế biến compost cần
phải đảm bảo nhiệt độ để tiêu diệt hết mầm bệnh.



12
Bảng1.2: Tóm tắt các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chế biến compost
Thông số
Giá trị

1. Kích thước
Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước nguyên liệu
khoảng 25 – 75mm
2. Tỉ lệ C:N
Tỉ lệ C:N tối ưu dao động trong khoảng 25 – 50
- Ở tỉ lệ thấp (dư NH
3
) hoạt tính sinh học giảm
- Ở tỉ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế.
3. Độ ẩm
Nên kiểm soát trong phạm vi 50 – 60% trong suốt quá trình
ủ. Tối ưu là 55%
4. Đảo trộn
Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và sự tạo
thành các rãnh khí. Trong quá trình ủ nguyên liệu phải
được xáo trộn định kì. Tần suất đảo trộn thực hiện vào quá
trình thực hiện.
5. Nhiệt độ
Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng 50 – 55
0
C đối với
một vài ngày ủ đầu và 55 – 60
0
C vào những ngày sau. Trên
66
0
C, hoạt tính VSV sẽ giảm đáng kể.
6. Nhu cầu về không
khí
Lượng oxy cần thiết được tính toán dựa trên cân bằng tỷ

trọng.
Không khí chứa oxy cần thiết phải được tiếp xúc đều với
tất cả các phần của nguyên liệu sản xuất compost.
7. pH
Tối ưu 7 – 7,5. Để hạn chế sự bay hơi Nitơ dưới dạng NH
3
,
pH không được vượt quá 8,5.
8. Kiểm soát
mầm bệnh
Nhiệt độ 60 – 70
0
, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt.





13
1.1.4 Chất lƣợng compost
Chất lượng compost được đánh giá dựa vào các yếu tố có lợi nhất cho
cây trồng trong đó một số yếu tố cơ bản như sau:
- Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóa học,
thuốc trừ sâu…).
- Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng
trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Co…).
- Mật độ VSV gây bệnh (ở mức thấp và không ảnh hưởng đến cây trồng).
- Độ ổn định (độ chín, hoai) và hàm lượng chất hữu cơ.
Hiện chưa có tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng compost từ bã thải hoa
cúc vạn thọ. Nên để đánh giá chất lượng compost có thể dựa vào một số tiêu

chuẩn đã ban hành.
Ví dụ:
- Tiêu chuẩn 10TCN 525-2002 – Phân hữu cơ vi sinh vật từ bã bùn mía
(xem phụ lục 6)
- Tiêu chuẩn 10TCN 526-2002 – Phân hữu cơ vi sinh vật từ rác thải sinh
hoạt (xem phụ lục 7)
1.1.5 Ứng dụng của phân compost
Phân compost có nhiều ứng dụng, bao gồm:
- Cải thiện cơ cấu đất: Phân hữu cơ vi sinh khi bón vào đất sẽ làm cho
nơi có đất sét, đất bạc màu, đất quánh được rã ra và khi gặp đất cát thì làm kết
dính lại với nhau, giúp đất thông khí dễ dàng.
- Quân bình độ pH trong đất: Phân hữu cơ vi sinh cung ứng đầy đủ các
chất hữu cơ để chống lại sự thay đổi pH.
- Tạo ra sự màu mỡ cho đất: Phân hữu cơ vi sinh chứa nitơ, photpho, lân,
magie, lưu huỳnh và đặc biệt là các chất được hấp thụ vào đất bổ sung cho
những gì đã mất đi.


14
- Duy trì độ ẩm cho đất: Các chất hữu cơ trong phân khi hòa tan vào đất
sẽ trở thành miếng xốp hút nước luân chuyển vào trong đất nuôi cây.
- Tạo môi trường tốt cho các vi khuẩn có lợi trong đất sinh sống: Phân
hữu cơ vi sinh có khả năng cung cấp các chất dinh dưỡng làm cho đất tơi xốp,
tạo môi trường sống cho các loại côn trùng và những loài vi sinh vật có lợi.
1.1.6 Lợi ích và hạn chế của compost
1.1.6.1 Lợi ích của quá trình làm compost
- Giảm thiểu ô nhiễm cho nguồn nước, đất và không khí, các chất hữu cơ biến
đổi thành các chất vô cơ.
- Diệt các mầm bệnh nguy hiểm do quá trình phân hủy sinh học, nhiệt độ trong
khối ủ gia tăng đến 60

0
C làm tiêu hủy các trứng, ấu trùng, vi khuẩn trong chất
thải. Phân sau khi ủ có thể được sử dụng an toàn hơn phân tươi.
- Phân sau khi ủ compost trở thành một chất mùn hữu ích cho nông nghiệp như
tăng độ phì nhiêu của đất giúp cây trồng hấp thu.
- Tăng độ ẩm cần thiết cho cây trồng, giảm thiểu sự rửa trôi khoáng chất do các
thành phần vô cơ không hòa tan trong phân tử như NO.
- Giảm thể tích do trong quá trình ủ phân, thuận lợi hơn trong việc vận chuyển,
thu gom.
1.1.6.2 Hạn chế của quá trình làm compost
- Mặc dù phần lớn vi khuẩn bị tiêu diệt nhưng không phải hoàn toàn, đặc biệt
khi ủ phân không đồng đều về thời gian, phương pháp, lượng ủ…Một số mầm
bệnh vẫn tồn tại có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng.
- Thành phần phân ủ thường không ổn định về chất lượng do thành phần
nguyên liệu đưa vào không đồng đều.
- Phải tốn thêm công ủ và diện tích.
- Việc ủ phân thường ở dạng thủ công và lộ thiên tạo sự phản cảm về mỹ quan
và phát tán mùi hôi. Trong khi đó các loại phân hóa học như urê, NPK, …,


15
gọn nhẹ, tương đối rẻ tiền, chất lượng đồng đều và “sạch hơn” gây tâm lý
thuận tiện cho việc sử dụng hơn phân comost.
1.1.7 Một số phƣơng pháp ủ compost
1.1.7.1 Phƣơng pháp ủ theo luống dài và cấp khí bằng xáo trộn
Phương pháp này vật liệu ủ được xếp theo luống dài và hẹp, không khí
được cung cấp tới hệ thống theo con đường tự nhiên. Các luống compost
được xáo trộn bằng xe xúc hoặc xe trộn chuyên dụng.
a) Ưu điểm
- Do xáo trộn thường xuyên nên chất lượng compost thu được khá đều.

- Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp vì không cần hệ thống cung cấp khí.
b) Nhược điểm
- Cần nhiều nhân công.
- Thời gian ủ dài.
- Do thổi khí tự động nên khó quản lý, đặc biệt là khó kiểm soát nhiệt độ và tần
suất.
- Xáo trộn luống compost thường gây thất thoát nitơ và gây mùi.
- Quá trình ủ có thể bị phụ thuộc vào thời tiết.
- Cần một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc và vật liệu tạo cấu trúc này khó tìm
hơn các phương pháp khác.
1.1.7.2 Phƣơng pháp ủ theo luống dài hoặc đống với thổi khí cƣỡng bức
Với phương pháp này vật liệu ủ được xếp thành đống hoặc luống dài.
Khí cung cấp tới hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí.
a) Ưu điểm
- Dễ kiểm soát khi vận hành hệ thống, đặc biệt là kiểm sóat nhiệt độ và nồng độ
oxy trong luống ủ.
- Giảm mùi hôi và mầm bệnh.
- Thời gian ủ ngắn.