NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL BẰNG KĨ THUẬT BỨC XẠ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI GIA SÚC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL BẰNG KĨ
THUẬT BỨC XẠ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ
CHẤT THẢI GIA SÚC

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: LÊ THỊ THÙY TRANG

Niên khóa

: 2005 – 2009

Tháng 8/2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL BẰNG KĨ
THUẬT BỨC XẠ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ
CHẤT THẢI GIA SÚC

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

TS. LÊ QUANG LUÂN

LÊ THỊ THÙY TRANG

Tháng 8/2009


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên mà con muốn nói đó là: “Con xin cảm ơn bố mẹ và các em nhiều
thật nhiều!”. Gia đình mình đã ln bên cạnh con, động viên và giúp đỡ con trong cả
quá trình dài học tập.
Em xin cảm ơn các thầy cô của trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí
Minh – Khoa Cơng nghệ Sinh học đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến
thức khoa học, kiến thức chuyên ngành, cũng như những kinh nghiệm quý báu trong
những năm học tại trường.
Lòng biết ơn chân thành sâu sắc xin được gửi đến TS. Lê Quang Luân, người
đã dành hết nhiệt tâm và trách nhiệm để hướng dẫn, chỉ dạy em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài này.
Xin cảm ơn các bạn của tơi đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên tơi vượt qua khó
khăn trong cuộc sống cũng như trong học tập suốt thời gian qua.
Và đặc biệt xin cảm ơn cô Võ Thị Thu Hà, chị Nguyễn Huỳnh Phương Un,
bạn Nguyễn Cơng Chính, bạn Tơ Văn Lợi đã giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian làm

đề tài này.
Do hạn chế về mặt thời gian và kiến thức, nên luận văn sẽ khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các
bạn để luận văn được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn.

iii


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hydrogel bằng kĩ thuật bức xạ ứng dụng
trong xử lý chất thải gia súc” được nghiên cứu với mục tiêu xử lý chất thải gia súc
nhằm làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường do nguồn thải này gây ra và tạo được sản
phẩm phân hữu cơ có tính ưu việt cao.
Trong đề tài này, chất thải gia súc được sử dụng là phân bị tươi có độ ẩm ban
đầu 82%, ủ lên men với chế phẩm Trichoderma cung cấp từ trường Đại học Nơng Lâm
Thành phố Hồ Chí Minh và với vật liệu hydrogel được chế tạo bằng kĩ thuật bức xạ,
với các tỉ lệ phối trộn 0,5%, 1%, 2%, 3%, và theo hai phương pháp: lót - phủ, trộn đều.
Sau khi lên men, phân bón được bón cho cây trồng, đánh giá sự sinh trưởng và phát
triển của cây trồng, cụ thể là cây cải thảo giống F1.
Vật liệu hydrogel từ khâu mạch CMC 20%, và từ tinh bột ghép acrylic acid
được sử dụng trong xử lý chất thải gia súc.
Phối hợp hydrogel chế tạo bằng kĩ thuật bức xạ đã có tác dụng gia tăng hiệu quả
phân hủy cellulose trong phân bò sau 30 ngày và 45 ngày ủ. Công thức phối trộn tối ưu
là sử dụng hydrogel biến tính ghép bức xạ trộn đều vào khối phân, với tỉ lệ 1% so với
khối lượng phân cần xử lý.
Phân hữu cơ lên men từ phân bị có phối hợp hydrogel giữ nước chế tạo bằng kĩ
thuật bức xạ và chế phẩm phân bón này đã có tác dụng tốt khi bón cho cây rau cải thảo
giống F1 sử dụng.
Như vậy việc phối trộn hydrogel vào chất thải gia súc cho hiệu quả lên men cao
hơn, sản phẩm phân bón thu được có hiệu ứng tốt trên cây trồng.

iv


SUMMARY
The subject “Study on preparation of hydrogel by radiation technique for
application for treatment of waste of cattle” was carried out to reduce the enviromental
pollution and produced the good property organic ferrilizer.
In this study, the sellected material was waste of cattle with humidity about 82%
fermented with Trichoderma from Nong Lam University and hydrogel prepared by
radiation technique, with the mixing ratio of 0,5%, 1%, 2%, 3% and and by two
methods. The fermented products were also tested with vegetable (F1 Chinese
cabbage) to investigate the growth effect on plant.
Hydrogel was successfully preparation by irradiation technique from CMC 20%
and from starch and acrylic acid irradiated used for treatment of waste of cattle.
The mix of hydrogel prepared by radiation technique showed a better effect of
cellulose degradiation in waste of cattle after fermenting 30 and 45 days. The optimum
mixing formula was determined by mixing 1% hydrogel in waste of cattle.
The fermented product by mixing hydrogel prepare by radiation technique
showed a better effect on the growth of vegetable namely F1 Chinese cabbage.
Hydrogel was used for mixing of cattle waste for more efficient fermentation,
fertilizer products obtained have good effects on plants.

v


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn ................................................................................................................iii
Tóm tắt ......................................................................................................................iv

Summary .................................................................................................................... v
Mục lục .....................................................................................................................vi
Danh sách các chữ viết tắt..........................................................................................ix
Danh sách các bảng ....................................................................................................x
Danh sách các hình ....................................................................................................xi
Chương 1 Mở đầu.....................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài...............................................................................................2
1.3. Nội dung thực hiện...............................................................................................2
Chương 2 Tổng quan tài liệu....................................................................................3
2.1. Hydrogel và các phương pháp chế tạo, ứng dụng .................................................3
2.1.1. Định nghĩa ........................................................................................................3
2.1.2. Ứng dụng của vật liệu hydrogel ........................................................................4
2.1.3. Các phương pháp chế tạo hydrogel ...................................................................5
2.1.3.1. Chế tạo hydrogel bằng phương pháp hóa học .................................................5
2.1.3.2. Chế tạo hydrogel bằng phương pháp bức xạ...................................................5
2.1.3.3. Công nghệ bức xạ ..........................................................................................5
2.1.3.4. Ứng dụng của kĩ thuật bức xạ trong chế tạo hydrogel .....................................7
2.1.4. Carboxymethylcellulose (CMC)........................................................................9
2.1.5. Tinh bột .......................................................................................................... 10
2.2. Sơ lược đặc điểm chất thải chăn nuôi ................................................................. 10
2.2.1. Chất thải rắn.................................................................................................... 10
2.2.2. Chất thải lỏng.................................................................................................. 12
2.2.3. Chất thải khí (khí độc và mùi hơi) ................................................................... 13
2.2.4. Đặc điểm phân bò tươi .................................................................................... 13
2.2.5. Đặc điểm phân heo.......................................................................................... 14
2.3. Ơ nhiễm mơi trường do chất thải chăn ni........................................................ 14

vi

2.3.1. Ơ nhiễm khơng khí.......................................................................................... 14
2.3.2. Ơ nhiễm nguồn nước....................................................................................... 16
2.3.3. Ô nhiễm nguồn đất.......................................................................................... 16
2.4. Các phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi........................................................ 16
2.5. Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp hiếu khí (composting)............................. 18
2.5.1. Khái niệm về composting................................................................................ 18
2.5.2. Diễn biến quá trình ủ phân .............................................................................. 18
2.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân..................................................... 19
2.6. Cấu tạo của phân tử cellulose, cơ chế phân hủy cellulose bởi vi sinh vật............ 20
2.6.1. Cấu tạo của phân tử cellulose .......................................................................... 20
2.6.2. Cơ chế phân hủy cellulose bởi vi sinh vật........................................................ 20
2.7. Trichoderma....................................................................................................... 21
2.7.1. Đặc điểm sinh học của Trichoderma ............................................................... 21
2.7.2. Khả năng kiểm soát sinh học của Trichoderma................................................ 22
2.7.2.1. Trong lĩnh vực phân hủy chất hữu cơ, xử lý môi trường............................... 22
2.7.2.2. Tương tác với nấm bệnh............................................................................... 23
Chương 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.................................................... 25
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 25
3.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................ 25
3.2.1. Vật liệu thí nghiệm.......................................................................................... 25
3.2.2. Dụng cụ thí nghiệm......................................................................................... 25
3.2.3. Hóa chất thí nghiệm ........................................................................................ 26
3.3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 26
3.3.1. Chế tạo vật liệu hydrogel bằng kĩ thuật bức xạ ................................................ 26
3.3.1.1. Chế tạo hydrogel bằng phương pháp khâu mạch CMC................................. 26
3.3.1.2. Chế tạo hydrogel từ tinh bột ghép acrylic ..................................................... 26
3.3.1.3. Đánh giá các đặc trưng của mẫu hydrogel đã được chế tạo........................... 27
3.3.2. Khảo sát sự phân hủy phân bị có bổ sung Trichoderma và hydrogel............... 27
3.3.2.1. Bố trí thí nghiệm .......................................................................................... 27

3.3.2.2. Xác định sự phân hủy cellulose .................................................................... 28
3.3.3. Khảo sát hiệu ứng của sản phẩm phân bón trên rau trồng ................................ 29
3.3.4. Phương pháp xử lý thống kê số liệu ................................................................ 30
vii


Chương 4 Kết quả và thảo luận ............................................................................. 31
4.1. Chế tạo vật liệu hydrogel bằng kĩ thuật chiếu xạ ................................................ 31
4.1.1. Chế tạo vật liệu hydrogel bằng phương pháp khâu mạch CMC ....................... 31
4.1.2. Chế tạo vật liệu hydrogel từ tinh bột biến tính ghép bức xạ AAc..................... 35
4.2. Hiệu suất phân hủy cellulose trong phân bị có sử dụng hydrogel....................... 38
4.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của phân gia súc sau lên men trên cây trồng .................. 42
Chương 5 Kết luận và đề nghị................................................................................ 46
5.1. Kết luận ............................................................................................................. 46
5.2. Đề nghị .............................................................................................................. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 47
PHỤ LỤC

viii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAc:

Acrylic acid

CMC:

Carboxymethylcellulose

CNBX: Công nghệ bức xạ
HLCK:

Hàm lượng chất khô

kGy:

Kilogray

LSD:

The least significant difference

NS:

None significant difference

SVĐC:

So với đối chứng

TB:

Trung bình

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần trong phân gia súc .................................................................. 11

Bảng 2.2 Các loại vi sinh vật có trong phân.............................................................. 12
Bảng 2.3 Chất lượng khơng khí trong chuồng ni của các xí nghiệp quốc doanh.... 15
Bảng 2.4 Thành phần dưỡng chất trong phân còn lại qua các cách xử lý .................. 17
Bảng 3.1 Cơng thức thí nghiệm ................................................................................ 28
Bảng 4.1 Sự phân hủy cellulose trong phân bị có bổ sung hydrogel sau 15 ngày ..... 39
Bảng 4.2 Sự phân hủy cellulose trong phân bị có bổ sung hydrogel sau 30 ngày ..... 40
Bảng 4.3 Sự phân hủy cellulose trong phân bị có bổ sung hydrogel sau 45 ngày ..... 41
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của phân gia súc sau lên men lên sinh trưởng của cải thảo F1 . 43

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm xử lý phân bị tươi .......................................................... 30
Hình 3.2 Vật liệu hydrogel chế tạo được sử dụng trong thí nghiệm .......................... 30
Hình 4.1 Sự hình thành gel theo nồng độ CMC ........................................................ 31
Hình 4.2 Độ trương của hydrogel theo nồng độ CMC. ............................................. 32
Hình 4.3 Sự hình thành gel theo liều xạ của hydrogel từ CMC 20%. ........................ 33
Hình 4.4 Độ trương theo liều xạ của hydrogel từ CMC 20%. ................................... 34
Hình 4.5 Sự hình thành gel theo liều xạ của hydrogel biến tính ghép........................ 35
Hình 4.6 Độ trương theo liều xạ của hydrogel biến tính ghép bức xạ ....................... 36
Hình 4.7 Vật liệu hydrogel từ khâu mạch CMC ...................................................... 37
Hình 4.8 Vật liệu hydrogel từ ghép mạch AAc lên tinh bột biến tính ....................... 37
Hình 4.9 Sự sinh trưởng của cây cải thảo F1 sau 14 ngày (1) .................................. 44
Hình 4.10 Sự sinh trưởng của cây cải thảo F1 sau 14 ngày (2) ................................. 45

xi


Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh, với sự đóng góp tích cực
của tất cả các lĩnh vực như: dịch vụ, công nghiệp, thương nghiệp và nông nghiệp, đặc
biệt là lĩnh vực nông nghiệp vốn là truyền thống lâu đời của nước ta đã và đang đóng
vai trị quan trọng trong nền kinh tế với kim ngạch xuất khẩu ngày càng tăng.
Trong lĩnh vực nông nghiệp, ngành chăn nuôi đã phát triển nhanh trong những
năm gần đây. Phong trào chăn nuôi gia súc, gia cầm theo mơ hình trang trại phát triển
khá mạnh, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Theo số liệu thống kê của Cục Chăn nuôi
năm 2006 cả nước hiện có 220 triệu con gia cầm, 8,5 triệu con trâu – bò, 27 triệu con
lợn, trên 1,3 triệu con dê và 11 vạn con ngựa. Mỗi năm ngành chăn ni thải ra trung
bình trên 73 triệu tấn chất thải rắn và 25 đến 30 triệu khối chất thải lỏng. Trong đó,
một thực trạng đáng báo động là khoảng 50% lượng chất thải rắn (36,5 triệu tấn), 80%
chất thải lỏng (20 - 24 triệu m3) xả thẳng ra tự nhiên, hoặc sử dụng khơng qua xử lí.
Đây là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ở khu vực thành thị
đông dân cư.
Việc tận dụng chất thải gia súc để sản xuất phân hữu cơ đã được nhiều nhà khoa
học quan tâm bởi nó có nhiều ý nghĩa thiết thực như tái sử dụng nguồn chất thải để tạo
sản phẩm hữu ích trong nơng nghiệp và đồng thời giảm thiểu nguồn chất thải gây ô
nhiễm mơi trường. Đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật có khả năng tiết các
enzyme cellulase ngoại bào để lên men xử lý nguồn chất thải hữu cơ tươi để sản xuất
phân hữu cơ. Nhưng nếu chỉ đơn thuần áp dụng các vi sinh vật mà khơng có biện pháp
xử lý kết hợp nhằm giảm thiểu lượng nước trong chất thải thì hiệu quả lên men khơng
cao, q trình có thể tạo ra các sản phẩm ngồi ý muốn và đồng thời gây ô nhiễm môi
trường xung quanh bởi mùi hơi và chất thải dạng lỏng.
Việc tìm kiếm chất hấp thu nước để điều hòa độ ẩm ứng dụng trong xử lý chất
thải gia súc nhằm gia tăng hiệu quả lên men và giảm thiểu ô nhiễm môi trường hết sức
cần thiết, đặc biệt là trong các khu đô thị đông dân cư. Cho đến nay một số nhà khoa
học tại Trung tâm Nghiên cứu Bức xạ Tiên tiến Takasaki, Nhật Bản đã có những

1


nghiên cứu thành công bước đầu từ việc ứng dụng các hydrogel khâu mạch từ polymer
tự nhiên bằng kĩ thuật bức xạ làm chất điều hòa độ ẩm để gia tăng hiệu quả lên men,
khắc phục được vấn đề ô nhiễm do mùi hôi và chất thải dạng lỏng trong quá trình xử
lý chất thải gia súc. Đối với nước ta, đây vẫn còn là hướng nghiên cứu còn khá mới mẻ
và cho đến nay vẫn chưa có đơn vị nghiên cứu.
Sử dụng hydrogel để xử lý chất thải gia súc là nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn
cao, nó không chỉ giải quyết vấn đề môi trường trong chăn ni mà cịn tạo ra phân
hữu cơ có có tính ưu việt rất cao như có khả năng điều hịa độ ẩm đất, giảm hàm lượng
nước tưới, đồng thời tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng cho cây trồng.
Trên cơ sở tìm hiểu về chất hấp thu nước hydrogel được chế tạo từ kĩ thuật
khâu mạch và ghép mạch bức xạ, cũng như nhận thấy khả năng ứng dụng thực tiễn cao
của hướng nghiên cứu này, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật
liệu hydrogel bằng kĩ thuật bức xạ ứng dụng trong xử lý chất thải gia súc”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu chế tạo vật liệu hydrogel có độ hấp thu nước cao từ các polymer tự
nhiên bằng kĩ thuật bức xạ.
Sử dụng vật liệu hydrogel chế tạo từ kỹ thuật bức xạ kết hợp vi sinh vật để xử
lý hiệu quả chất thải gia súc là phân bò tươi.
1.3 Nội dung thực hiện
Chế tạo hydrogel có các đặc trưng thích hợp.
Khảo sát tỉ lệ phối trộn hydrogel – vi sinh vật – phân bị tươi ở các mức khác
nhau nhằm tìm ra tỉ lệ tối ưu cho sự phân hủy phân bò tươi đạt hiệu quả nhất.
Xác định hiệu ứng của sản phẩm phân bón đối với cây trồng.

2

Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Hydrogel và các phương pháp chế tạo, ứng dụng
2.1.1. Định nghĩa
Hydrogel là các gel được hình thành từ các polymer mang các nhóm phân cực
như COO-, HSO3-, -CONH2 ... có thể trương mà khơng tan trong nước do có cấu trúc
khơng gian ba chiều nhờ được khâu mạch bởi các monomer lưỡng chức.
Hai loại thông thường của hydrogel là gel hóa học và gel giả. Những chuỗi này
được nối với nhau bằng lực hút tĩnh điện, liên kết hydro hoặc những chuỗi phức tạp
(nhiều gel là khơng bền và thường có thể được chuyển đổi thành dung dịch polymer
bằng sức nóng), đó là gel. Và gel hóa học (thật, bền) nối các chuỗi lại với nhau bằng
liên kết cộng hóa trị.
Một khi xem hydrogel như vật liệu vừa có thuộc tính như chất lỏng và như chất
rắn thì thành phần chính tạo ra hiệu quả của dạng này đó là nước. Vì vậy, chất hịa tan
có trọng lượng phân tử thấp hoặc dung mơi thấm vào sẽ xuyên qua lớp màng dày của
gel. Mặt khác dựa vào tính đàn hồi của một số chuỗi mạng lưới, hình dạng của gel sẽ
cho phép việc gia tăng sức chứa trong chính bản thân nó. Có nhiều ứng dụng của
hydrogel nhưng thành công và hứa hẹn nhất là trong lĩnh vực y khoa và dược phẩm,
với một số lượng lớn các sản phẩm đã được thương mại hóa trên thị trường.
Polymer ưa nước được sử dụng để tạo vật liệu hydrogel có tầm quan trọng rất
lớn đến thuộc tính của sản phẩm. Hiệu quả của nó phụ thuộc vào sự có mặt của nhóm
ưa nước trên suốt chiều dài mạch, như là -OH, -COOH, -CONH2 và một số nhóm
khác. Chức năng của các nhóm chức này thường tạo nên các hydrogel nhạy cảm đối
với các điều kiện xung quanh và thường thì nó được đề cập đến như là vật liệu có đáp
ứng thuận nghịch đối với mơi trường. Những hydrogel này, chứng minh khả năng tạo
ấn tượng về sự thay đổi dung tích như sự thay đổi dung tích của các pha chuyển tiếp
trong phản ứng khác nhau với môi trường, chẳng hạn nhiệt độ, pH, chiều dài mạng
lưới ion, nồng độ chất hòa tan, v.v. đã được thử nghiệm cho việc sử dụng, được gọi là
“vật liệu sinh học thông minh” (Tanaka và ctv, 1978).

3


Để kiểm sốt lượng nước và chất hịa tan được chấp nhận bằng đoạn kỵ nước
của hydrogel có thể được áp dụng khi kèm theo các polymer ghép hoặc ghép chuỗi
hoặc giống như là xâm nhập vào hoặc mạng lưới polymer bán thẩm thấu, bằng các
thành phần của một polymer khác, mà khơng phải bằng các liên kết hóa học nhưng chỉ
làm bị bẫy trong matix. Sự trương của hydrogel là nội dung được nghiên cứu rất nhiều.
Nhiều học thuyết đại diện thuyết phục rằng áp lực của sự trương phồng xảy ra khi tổng
kết sự đóng góp của các thành phần phân chia dựa vào hỗn hợp dung môi polymer, độ
mềm dẻo của cấu trúc mạng lưới, sự thấm chọn lọc của các ion và sự đào thải. Trạng
thái trương bão hòa đạt được khi mà sự trương chọn lọc của mạng lưới gel là bằng
không. Từ quan điểm tổng hợp hydrogel như vậy đã được quyết định bởi dạng
polymer sử dụng (hoặc monomer) và sức chứa của mạng lưới ion.
Bản chất của hydrogel chính là khả năng hấp thụ dung mơi của các ion có độ
dài mạch khác nhau hoặc pH khác nhau được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
như là vật liệu siêu hấp thụ nước.
Các hydrogel có thể tạo được từ chính các polymer tự nhiên hoặc copolymer
với các polymer tổng hợp. Dạng ete của cellulose, dựa vào nét đặc trưng mới lạ của
khả năng hình thành gel và dễ bị phân hủy sinh học, được xem như là vật liệu tuyệt
vời. Nhiều nghiên cứu gần đây chọn ete của cellulose được kiểm tra dưới bức xạ ion
hóa. Đó là Carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylcellulose (HPC) và
hydroxyethylcellulose (HEC), dạng hydrogel tự phân hủy sinh học khi được chiếu xạ
(Dr. Alan Cooper, 2000).
2.1.2. Ứng dụng của vật liệu hydrogel
Vật liệu hydrogel được sử dụng rất phổ biến trong công nghệ sinh học, y học,
nông nghiệp, v.v. Chúng được dùng làm màng vi lọc, siêu lọc, thấm khí, thẩm tích
thuận nghịch các q trình tách chiết (Nguyễn Quốc Hiến và ctv, 1999). Trong lĩnh
vực y - sinh, hydrogel được dùng trong chuẩn đoán, điều trị, tạo vật liệu cấy ghép, tạo
da nhân tạo, màng chữa bỏng, màng lọc máu, các hệ ly giải có điều khiển, vật liệu

trong nha khoa, mô ghép, ứng dụng trong việc chữa trị mắt và nhiều ứng dụng khác…
(Phạm Thị Lệ Hà và ctv, 1996).
Trong nông nghiệp, gần đây vật liệu hydrogel “siêu trương nước” chế tạo bằng
kỹ thuật khâu mạch, ghép mạch bức xạ từ polylysin, polyacrylamide (PAM), CMC và
tinh bột được dùng như chất giữ nước cho các vùng canh tác khô hạn, chất phụ gia
4


chống xói mịn đất (Nguyễn Quốc Hiến và ctv, 1996). Vật liệu hydrogel cũng được
dùng trong xử lý nước thải (Lê Hải, 2003; Trần Đại Nghiệp, 2007).
Hydrogel cũng được phát triển theo hướng ứng dụng trong nuôi trồng thủy
canh. Theo kết quả nghiên cứu của Võ Thị Thu Hà và các ctv (2007), vật liệu hydrogel
chế tạo được khi chiếu xạ ở liều 15 kGy từ hợp phần CMC 20% kết hợp với PAM
20%, alginate 1% và chất dinh dưỡng là phù hợp cho sự sinh trưởng của cây trồng,
như: kích thích gia tăng sự nảy mầm của hạt rau, kích thích sự sinh trưởng của cây rau
mầm 14 ngày tuổi. Trong nuôi trồng thủy canh, cây cải xanh và xà lách nuôi trồng trên
vật liệu hydrogel này đã sinh trưởng và phát triển tốt hơn khi trồng trên xơ dừa.
2.1.3. Các phương pháp chế tạo hydrogel
Hydrogel có thể được tổng hợp bằng phương pháp hóa học và phương pháp bức
xạ. Tùy vào bản chất của polymer mà sử dụng một trong hai phương pháp trên.
2.1.3.1. Chế tạo hydrogel bằng phương pháp hóa học
Hydrogel có thể được tổng hợp bằng phương pháp hóa học từ các monomer ưa
nước như acrylamide/acrylic acid và dẫn xuất của nó. Một phương pháp phổ biến khác
là khâu mạch chiều dài tự nhiên hoặc tổng hợp polymer bằng hợp chất đa hóa trị.
Trong các phương pháp tổng hợp này, sử dụng tác nhân khâu mạch, mật độ khâu mạch
được kiểm soát bởi nồng độ của các chất phản ứng đa hóa trị hoặc chất phản ứng sinh
học, thời gian phản ứng, nhiệt độ. Trong khi phương pháp chiếu xạ, được quyết định
bằng các liều xạ. Ngồi ra khâu mạch bằng phương pháp hóa học chỉ có thể thực hiện
được trong trạng thái lỏng.
2.1.3.2. Chế tạo hydrogel bằng phương pháp bức xạ

Các polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp khi được chiếu xạ sẽ tạo
hydrogel. Mẫu được chiếu xạ có thể ở trạng thái lỏng hoặc trạng thái rắn.
Bức xạ ion hóa rất phù hợp cho việc chế tạo hydrogel. Qui trình dễ kiểm sốt,
khả năng tham gia tạo hydrogel và tiệt trùng trong một bước công nghệ, không cần
thiết phải thêm chất xúc tác, tác nhân khâu mạch, v.v. dẫn đến hạ giá thành sản phẩm.
Đó chính là lý do lựa chọn phương pháp chiếu xạ trong việc tổng hợp hydrogel.
2.1.3.3. Công nghệ bức xạ
a. Khái niệm
Công nghệ bức xạ là một bộ môn khoa học mới, nghiên cứu ứng dụng các hiệu
ứng vật lý, hoá học, sinh học và một số hiệu ứng khác xuất hiện khi bức xạ truyền
5


năng lượng cho vật chất nhằm biến các hiệu ứng này thơng qua các quy trình cơng
nghệ để tạo ra các sản phẩm với những phẩm chất, tính năng và công dụng mới phục
vụ con người. Sự ra đời của bộ môn công nghệ bức xạ là kết quả của sự giao nhau và
kết hợp chủ yếu giữa các ngành vật lý hạt nhân, khoa học vật liệu, hoá học và sinh
học. Các dạng bức xạ phổ biến áp dụng hiện nay là bức xạ electron, tia gamma, bức xạ
hãm, bức xạ tử ngoại, chùm ion, bức xạ nơtron. Nói chung đây là các dạng bức xạ có
năng lượng thấp. Các nguồn bức xạ thông dụng bao gồm các nguồn bức xạ thụ động
(nguồn đồng vị phóng xạ như 60-Co, 137-Cs, v.v.), các nguồn bức xạ chủ động (máy
gia tốc, thiết bị phát chùm tia) (Trần Đại Nghiệp, 2007).
b. Thành tựu và ứng dụng
Từ nhiều năm nay, công nghệ bức xạ trở thành công cụ đổi mới trong công
nghiệp, làm tăng hiệu quả công nghiệp, tăng năng suất lao động, tiết kiệm năng lượng
và bảo vệ môi trường sinh thái (Trần Đại Nghiệp, 2007). Có thể nêu ra một số thành
tựu điển hình của cơng nghệ bức xạ trong thời gian gần đây: Các máy gia tốc ion nặng
(máy cấy ion) có thể tạo ra vi mạch với kích thước dưới 0,1 µm. Ở Nhật Bản hiện có
tới 400 máy cấy ion làm việc trong lĩnh vực bán dẫn và vi điện tử; 100% vật liệu vách
ngăn trong các loại pin siêu nhỏ là vật liệu polymer xử lý bằng bức xạ; Vật liệu sợi

composit SiC là loại vật liệu sử dụng trong kỹ thuật hàng không và vũ trụ được xử lý
bằng bức xạ, có thể chịu tới nhiệt độ 1800oC, trong khi xử lý bằng nhiệt chỉ chịu được
nhiệt độ 1200oC; Hàng năm kỹ thuật xử lý bề mặt trên tồn thế giới sử dụng 20 triệu
tấn hóa chất, trong đó 40% lượng hố chất này bay vào khí quyển gây ơ nhiễm mơi
trường và tạo ra hiệu ứng nhà kính. Kỹ thuật xử lý bức xạ chỉ cho 1% lượng hóa chất
bay vào mơi trường; 80% bao bì thực phẩm ở Châu Âu và Bắc Mỹ được xử lý bề mặt
bằng bức xạ; 90% lượng SO2 và 85% lượng NOx là những chất độc từ khói cơng
nghiệp có thể biến thành phân bón dùng trong nơng nghiệp nếu xử lý bức xạ
(electron), quá trình này cho phép giảm đáng kể hiệu ứng nhà kính của trái đất và các
trận mưa acid; Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ y tế, 40% đến 50% sản phẩm được
khử trùng bằng công nghệ bức xạ, dự báo trong những năm tới tỷ lệ này có thể đạt tới
80%; Có trên 40 nước với 120 chủng loại thực phẩm đã thương mại hoá thực phẩm
chiếu xạ. Xử lý bức xạ từ nhiều năm nay trở thành một trong những lĩnh vực nghiên
cứu phát triển quan trọng được cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA)
khuyến cáo và tài trợ.
6


Các ứng dụng nổi bật của công nghệ bức xạ ở nước ta tập trung chủ yếu trong
lĩnh vực sinh học và nông nghiệp, như: Chiếu xạ để bảo quản thực phẩm (gia vị, trái
cây, thực phẩm đông lạnh, v.v.), khử trùng mĩ phẩm và bao bì cho thực phẩm; Chiếu
xạ kích thích và gây đột biến tạo các giống cây trồng mới như lúa, đậu tương, hoa cúc,
v.v; Chiếu xạ gây bất dục côn trùng; Chiếu xạ xử lý phế thải nơng nghiệp;Chiếu xạ
biến tính ghép, khâu mạch và cắt mạch vật liệu tạo vật liệu tổng hợp sinh học và vật
liệu có hoạt tính sinh học, chế phẩm dược phẩm, hormone thải chậm, như gel giữ
nước, chế phẩm phòng và trị bệnh thực vật từ chitosan chiếu xạ; Chiếu xạ xử lý chất
thải cellulose làm thức ăn gia súc, v.v. (Trần Đại Nghiệp, 2007).
Phương pháp chiếu xạ có nhiều ưu điểm nổi bật, như: Phản ứng ở nhiệt độ bình
thường, dễ dàng điều chỉnh quá trình, tiết kiệm năng lượng, khơng gian và ngun
liệu, có độ tin cậy cao (quá trình được kiểm tra hữu hiệu); Sản phẩm chất lượng cao,

chế tạo sản phẩm mới, sản phẩm sau xử lý không cần tinh chế; Thuận lợi cho quá trình
ứng dụng ở quy mơ lớn, đem lại hiệu quả kinh tế cao; Đáp ứng bảo vệ môi trường.
2.1.3.4. Ứng dụng của kĩ thuật bức xạ trong chế tạo hydrogel
Tùy theo bản chất của polymer, thành phần trong hệ phản ứng, điều kiện chiếu
xạ, mà diễn tiến của quá trình có thể là ghép mạch, khâu mạch hoặc cắt mạch (Nguyễn
Quốc Hiến, 1997). Thông thường đối với các polymer tự nhiên thì hầu hết khi chiếu
xạ, quá trình cắt mạch sẽ xảy ra, dù là ở dạng dung dịch hay dạng bột. Đó là q trình
biến tính cắt mạch các polymer có nguồn gốc tự nhiên để tạo ra các oligomer tương
ứng. Cho đến nay, các chế phẩm oligomer tương ứng từ chiếu xạ cắt mạch các
polysacharide (carageenan, chitosan, alginate, v.v) được ứng dụng hiệu quả trong nông
nghiệp. Phương pháp ghép mạch và khâu mạch được sử dụng để tổng hợp nhiều loại
polymer khác nhau, trong đó có hydrogel. Quá trình polymer hóa bức xạ cơ bản xảy ra
theo cơ chế gốc tự do bao gồm ba giai đoạn chính là khơi mào, phát triển và ngắt
mạch. Mô tả quá trình như sau:
R

M hay S
R +
RM

(tạo gốc tự do)
RM

M

(khơi mào)

RM 2

+ M

RM 2 + M

RM 3

RM mn-1 + M

Rmn

Rmn + Rmn

P
7

(phát triển mạch)


Trong đó: M là monomer, S là dung mơi, và P là polymer. Tốc độ quá trình phụ
hàm mũ vào suất liều bức xạ Vp~K.Ix, và hằng số tốc độ của quá trình phụ thuộc nồng
độ các gốc tự do tạo ra trong monomer (tác động trực tiếp) và trong dung môi (tác
động gián tiếp) (Nguyễn Quốc Hiến, 1997).
a. Khâu mạch bức xạ dung dịch polymer tan trong nước
Biến tính khâu mạch cũng được thực hiện nhờ quá trình hình thành gốc tự do
trong quá trình chiếu xạ. Khi chiếu xạ dạng paste các dẫn xuất của cellulose như
carboxylmethylcellulose,

hydroxylpropylcellulose,

carboxylmethylchitin,

carboxylmethylchitosan, v.v. thì quá trình khâu mạch lại hình thành. Mật độ khâu
mạch của các phân tử trong hydrogel và hàm lượng gel hình thành thơng thường tỉ lệ
thuận với liều chiếu xạ. Sản phẩm hydrogel có độ trương nước khác nhau, độ trương
này thường tỉ lệ nghịch với độ khâu mạch của các phân tử trong hydrogel.
Có hai cách hình thành gốc polymer và tạo khâu mạch như sau:
Tác động trực tiếp:
P

P

P + P

(tạo thành gốc tự do đại phân tử)
(tái kết hợp, khâu mạch)

P-P

Tác động gián tiếp:
OH

H2O
OH +

(tạo gốc tự do)
P + H2O (tách H, tạo gốc tự do polymer)

P

P + P

(tái kết hợp, khâu mạch)

P-P

Như vậy sự hình thành hydrogel bằng phương pháp bức xạ ion hóa là kết quả
của quá trình tái kết hợp giữa các gốc đại phân tử. Khi các tia bức xạ tương tác với hệ
phản ứng sẽ hình thành gốc tự do. Những gốc tự do này sau đó sẽ tương tác với hàng
loạt các phân tử khác có mặt trong mơi trường hoặc là tái kết hợp với nhau. Kết quả là
hình thành các liên kết cộng hóa trị giữa các chuỗi polymer. Khi trong hệ xuất hiện
liên kết ngang đầu tiên, tức là hệ đã bắt đầu tạo gel. Nếu hệ được tiếp tục chiếu xạ thì
phần gel trong hệ sẽ tăng lên, đồng thời mật độ khâu mạch trong phần gel cũng dần
dần tăng lên (Nguyễn Quốc Hiến, 1997).
b. Copolymer hóa ghép bức xạ
Một copolymer ghép là một polymer mà phân tử của nó chứa hai hay nhiều
thành phần polymer có cấu trúc hóa học khác nhau. Như vậy có thể xem copolymer

8


ghép là sự kết hợp hóa học giữa hai phân tử polymer có cấu trúc hóa học khác nhau
(A. K. Bajpai and A. Giri, 2003).
A–A–A–A–A–A–A–A
B–B–B–B–B–B
Copolymer ghép
Polymer ghép đóng vai trị trong khoa học polymer tương tự như hợp kim trong
luyện kim.
Phương pháp copolymer hóa ghép bức xạ được nghiên cứu phát triển chủ yếu
dựa trên polymer hóa vinylmonomer B từ các tâm phản ứng trên Ap và kết hợp giữa
hai gốc đại phân tử Ap và Bq. Người ta cho rằng copolymer hóa ghép bức xạ thường
tiến hành dễ dàng hơn kĩ thuật hóa học thơng thường và được phân loại gồm bốn

kiểu:ghép chiếu xạ trực tiếp; ghép sau chiếu xạ khơi mào bằng các nhóm peroxit; ghép
sau chiếu xạ khơi mào bằng các gốc tự do bị bẫy; liên kết không gian giữa hai polymer
khác nhau.
Vật liệu hydrogel chế tạo từ các monomer ưa nước hoặc là khâu mạch dung
dịch polymer thường khơng bền vững, tính chất cơ lí kém cho nên phải tiến hành ghép
monomer ưa nước lên vật liệu polymer bền (A. K. Bajpai and A. Giri, 2003).
Nhiều chế phẩm có hoạt tính sinh học như enzyme, kháng nguyên, kháng thể, v.v.
được chế tạo trên cơ sở gắn lên các giá thể polymer hóa ghép bức xạ monomer ưa nước.
Mức độ ghép thường được tính theo phần trăm trọng lượng (%) nhưng đơi khi cũng được
tính theo diện tích bề mặt (g/cm2). Giá thể polymer được chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ đã
được nghiên cứu và ứng dụng nhiều để làm giá thể cố định các chất có hoạt tính sinh học
như tế bào vi sinh vật, enzyme, các loại dược phẩm điều trị ung thư, v.v.
2.1.4. Carboxymethylcellulose (CMC)
CMC là dẫn xuất của cellulose có chứa nhóm carboxyl, là một polymer tự nhiên
được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thuốc làm sạch vết thương, trong công
nghiệp thực phẩm, công nghiệp giấy và công nghiệp dệt, v.v. Cũng giống như những
polymer tự nhiên khác, CMC có thể bị khâu mạch tạo thành vật liệu hydrogel dưới tác
dụng của bức xạ (Phạm Thị Lệ Hà, 2006; Trần Thị Thủy và ctv, 2006).

9


Vật liệu hydrogel chế tạo từ khâu mạch CMC có độ trương tốt và dưới góc độ
mơi trường nó cịn có khả năng tự phân hủy sinh học (Pengfei Liu và ctv, 2000).
2.1.5. Tinh bột
Tinh bột (C6H10O5)n) là một polysacarit carbohydrate chứa hỗn hợp amylose và
amylopectin, tỷ lệ phần trăm amilose và amilopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại
tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20/80 đến 30/70. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây
khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều là các
polymer carbohydrat phức tạp của glucose (công thức phân tử là C6H12O6).

Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt
sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các
yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm. Trong
công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản
xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong cơng nghệ sơn, v.v. (Lê Văn
Hồng và Trương Thị Minh Hạnh, 2007).
Hiện nay, bằng các phương pháp vật lý, hóa học, hay sử dụng enzyme, các nhà
khoa học đã tạo ra tinh bột biến tính từ tinh bột ban đầu, đem lại nhiều ứng dụng có giá
trị trong công nghiệp xây dựng (làm chất gắn bê tông, keo dính gỗ, phụ gia cho sơn,
v.v.), cơng nghiệp mỹ phẩm (phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phịng
v.v.), cơng nghiệp giấy (chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu giấy không tro, v.v.),
công nghiệp dệt, làm màng plastic phân huỷ sinh học, pin khô, thuộc da, keo nóng
chảy, v.v. (Trần Đại Nghiệp, 2007). Trong nơng nghiệp, sản phẩm tinh bột ghép
acrylic acid (CH2CHCOOH) từ kỹ thuật bức xạ ghép mạch cho ra hydrogel “siêu trương
nước” làm chất giữ nước cho cây trồng (Lê Hải và ctv, 2007; Đồn Bình và ctv, 2007).
2.2. Sơ lược đặc điểm chất thải chăn nuôi
Chất thải trong chăn nuôi được chia làm 3 loại: chất thải rắn, chất thải lỏng và
chất thải khí. Trong chất thải chăn ni có nhiều hỗn hợp hữu cơ, vơ cơ, vi sinh vật và
trứng kí sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con người (Hoàn Đức Trung và
Tống Ngọc Tuấn, 2000).
2.2.1. Chất thải rắn
Chất thải rắn bao gồm phân gia súc, xác súc vật chết, thức ăn dư thừa, vật liệu
lót chuồng, v.v.

10


Phân là dạng chất thải thức ăn gia súc khi qua cơ quan tiêu hóa khơng được tiêu
hóa một cách triệt để và được thải ra ngoài cơ thể gia súc. Thành phần chính của phân
gồm cellulose, hemicellulose, lignin, protein và trứng ký sinh trùng. Lượng phân thải

ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn, trọng lượng
gia súc.
Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng sức
khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại. Theo Nguyễn Đức Lượng và ctv (2003), các loại
phân trâu bò thường chứa nhiều vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose hơn các loại
phân heo, phân gà - vịt. Do đó dùng vậy liệu này để ủ phân có nhiều thuận lợi hơn.
Bảng 2.1 Thành phần trong phân gia súc (Nguyễn Chí Minh, 2002)
Thành phần trong phân

Loại gia súc
H2O (%)

Nitơ (%)

P2O5 (%)

K2O(%)

Ngựa

74

0,5

0,4

0,3

Bò

84

0,3

0,2

0,2

Heo

82

0,6

0,6

0,2

Gà

50

1,6

0,2

0,2

Thành phần nguyên tố vi lượng thay đổi tùy thuộc vào lượng thức ăn, loại thức
ăn, cụ thể Bo = 5 – 7 ppm, Mn = 30 – 75 ppm, Cu = 4 – 8 ppm, Zn = 20 – 45 ppm, Co

= 0,2 – 0,5 ppm, Mo = 0,8 – 1,0 ppm. Trong q trình ủ, vi sinh vật cơng phá những
ngun liệu này, giải phóng chất khống hịa tan giúp cây trồng hấp thu dễ dàng.
Về mặt hóa học, những chất trong phân chuồng có thể được chia làm hai nhóm:
hợp chất chứa nitơ ở dạng hịa tan và khơng hịa tan và hợp chất không chứa nitơ bao
gồm: hydrate carbon, lignin, lipid, v.v. Tỉ lệ C/N có vai trị quyết định đối với quá
trình phân giải và tốc độ phân giải các hợp chất hữu cơ có trong phân chuồng.
Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử lý
triệt để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi. Những loại chất thải rắn khác có
thành phần đa dạng gồm: cám, bột ngũ cốc, bột tơm, bột cá, bột thịt, các khống chất
bổ sung, các loại kháng sinh, rau xanh, rơm rạ, bao bố, vải vụn, gỗ, v.v.

11


2.2.2. Chất thải lỏng
Trong các loại chất thải của chăn ni, chất thải lỏng là loại chất thải có khối
lượng lớn nhất. Đặc biệt khi lượng nước thải rửa chuồng được hòa chung với nước tiểu
và nước tắm gia súc.
Bảng 2.2 Các loại vi sinh vật có trong phân (Lê Trình, 1997)

Tên ký sinh vật

Lượng ký

Khả năng gây

sinh trùng

bệnh

Điều kiện bị tiêu diệt
Nhiệt độ

Thời gian

(oC)

(phút)

Salmonella Typhi

-

Thương hàn

55

30

Salmonella Typhi A&B

-

Phó thương hàn

55

30

Shigella spp

-

Bệnh lỵ

55

60

Vibrio chlerae

-

Bệnh tả

55

60

Escherichia coli

105/100ml

Viêm dạ dày ruột

55

60

Hepatite A

-

Viêm gan

55

3–5

Taaenia saginata

-

Sán

50

3–5

Micrococcus

-

Ung nhọt

54

10

Streptococcus

102/100ml

Làm mủ

50

10

Ascaris lumbricoides

-

Giun đũa

50

60

Mycrobacterium

-

Bệnh lao

60

20

Tubecudsis

-

Bạch hầu

55

45

Diptheriac

-

Bệnh sởi

45

10

Corynerbacterium

-

Bại liệt

65

30

Giardia lamblia

-

Tiêu chảy

60

30

Tricluris trichiura

-

Giun tóc

60

30

Nước tiểu là chất thải ra qua quá trình trao đổi chất bằng việc hấp thu các dinh
dưỡng trong thức ăn gia súc đã tiêu hóa hịa tan vào máu, sau quá trình trao đổi chất
được bài tiết ra ngoài dưới dạng nước. Thành phần nước tiểu tương đối đơn giản, tất cả
đều tan trong nước, chủ yếu là urê, acid uric, acid hippuric và các muối vô cơ như
muối của kali, natri, canxi, magie.

12


2.2.3. Chất thải khí (khí độc và mùi hơi)
Mùi hơi chuồng ni là hỗn hợp khí tạo ra bởi q trình phân hủy kị khí và hiếu

khí của các chất thải chăn ni, q trình thối rữa các chất hữu cơ trong phân, nước
tiểu gia súc hay thức ăn thừa sẽ sinh ra các khí độc hại có mùi hơi thối khó chịu.
Theo Phạm Thị Thu Lan (2000), trong 3 – 5 ngày đầu, mùi hơi sinh ra rất ít, do
vi sinh vật chưa kịp phân hủy. NH3 được tạo ra nhiều nhất vào ngày thứ 3 và 21.
Thành phần các khí trong chuồng ni biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy
chất hủy chất hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình
trạng sức khỏe của vật ni. Các khí thường được quan tâm là NH3, H2S, CH4.
Q trình khử amin:
Nhóm –NH2 của amin được tách ra để hình thành NH3
Alanin

acid lactic + NH3

Serine

acid pyruvic + NH3
NH3

Protein

H2 S
Indole Scatole phenol
Acid hữu cơ mạch ngắn

2.2.4. Đặc điểm phân bò tươi
Trâu bò là động vật nhai lại, thức ăn được nhai lại nên nhỏ và mịn, trâu bò uống
nhiều nước lượng phân nhiều nên lượng nước trong phân cao làm hàm lượng vật chất
khô thấp. Thành phần phân bò chủ yếu là chất xơ khó phân huỷ nên thời gian phân giải
chậm, lâu hoai, nhiệt độ khi ủ thấp, sau khi ủ cho hiệu quả bón phân cao.
Phân bị là một loại phân tốt, khơng chỉ làm tăng năng suất cây trồng mà cịn

làm tăng hiệu lực của phân hố học. Phân bị chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cho
cây như đạm, lân, kali và các yếu tố vi lượng như Bo, Mo, Cu, Mn, Zn, các chất kích
thích tố cho cây như auxin, heteroauxin và nhiều vitamin khác. Tỷ lệ C/N trong phân
bị từ 17-19. Ngồi ra phân bị thường chứa nhiều vi khuẩn có khả năng phân huỷ
cellulose hơn các loại phân heo, phân gà, phân vịt. Giá trị dinh dưỡng của phân bò tuỳ
thuộc vào thành phần thức ăn mà bò sử dụng cũng như khả năng hấp thu các chất dinh
dưỡng. Một số chỉ tiêu cơ bản về thành phần dinh dưỡng của phân bò tươi: protein =
2,69%, năng lượng thô = 23,86 kcal, béo thô = 0,3%, xơ thô = 19,88, Ca = 0,58%, P =
0,16%.
13


2.2.5. Đặc điểm phân heo
Phân heo được xếp vào loại phân lỏng hoặc hơi lỏng. Phân heo chứa 56 - 83%
nước, phần cịn lại là chất khơ gồm các chất hữu cơ, hợp chất N-P-K dưới dạng các
hợp chất vô cơ.
Hai thành phần chính tạo mùi hơi trong phân heo là phospho (P) và nitơ (N),
đặc biệt là N vì nó có mặt trong thành phần amoniac. Theo Reese và Koelsch (2000),
lượng N và P thải ra dưới dạng chất thải bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố: Lượng N và P tiêu
thụ; Tỉ lệ N và P được tiêu thụ và được dùng cho phát triển và sinh sản; Lượng N và P
hiện diện từ chất tiết, tế bào chết và vi khuẩn trong đường ruột. Khả năng gây mùi hôi
của phân heo thay đổi tuỳ theo khẩu phần thức ăn, vì N là thành phần chính của
amoniac và nhiều hợp chất mùi hôi khác nên lượng N trong phân heo càng cao thì mùi
hơi càng nhiều. Một số chỉ tiêu về thành phần dinh dưỡng phân heo: P2O5 = 1,76%,
K2O = 1,37%, Mùn = 62,26%, Tỉ lệ C/N = 15,57, v.v.
Ngồi ra phân heo cịn chứa mầm bệnh, trứng kí sinh trùng, kháng sinh, v.v.
Lượng muối trong phân heo cũng khá cao vì hầu như tất cả muối mà heo ăn vào đều
được thải ra dưới dạng này hay khác, trong đó 75% muối được thải qua nước tiểu và
25% qua phân. Tuy nhiên, phân heo vẫn được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu
tận dụng do hàm lượng các chất dinh dưỡng trong phân khá cao, đặc biệt là nitơ.

Rõ ràng nếu không được quản lý và sử dụng đúng đắn, chất thải chăn nuôi sẽ là
nguồn gây tiêu tốn cho các cơ sở chăn nuôi, ngược lại, nếu được tận dụng đúng cách,
nó lại trở thành một nguồn tài ngun.
2.3. Ơ nhiễm mơi trường do chất thải chăn ni
2.3.1. Ơ nhiễm khơng khí
Theo kết quả phân tích chất lượng mơi trường khơng khí ở một số xí nghiệp
chăn ni quốc doanh của Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam năm 1999 cho
thấy môi trường không khí trong khu vực chăn ni và văn phịng bị ô nhiễm nặng
(Trần Thị Ngọc Diệu, 2001).
- Amoniac (NH3)
NH3 được xem là thông số chỉ thị để đánh giá chất lượng khơng khí của chăn
ni, vì đây là loại khí chiếm nhiều nhất trong các khí độc có thể sinh ra từ chăn ni.
NH3 nhẹ hơn khơng khí (d = 0,59). Ở pH thấp NH3 sẽ hòa tan trong nước và tồn
tại ở dạng NH4+, pH cao NH3 bốc hơi vào khơng khí gây mùi khó chịu.
14