Đánh giá chất lượng phân compost ủ hiếu khí từ rác thải hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHÂN COMPOST Ủ HIẾU KHÍ TỪ
RÁC THẢI HỮU CƠ

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Thanh Thư
Sinh viên thực hiện: Võ Thị Thân
Mã số sinh viên: 56130387

Khánh Hòa – 2018

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHÂN COMPOST Ủ HIẾU KHÍ TỪ
RÁC THẢI HỮU CƠ

GVHD: Th.S Trần Thanh Thư
SVTH: Võ Thị Thân
MSSV: 56130387

Khánh Hòa, tháng 07 / 2018
ii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Viện: Công nghệ sinh học và môi trường

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐA / KLTN
(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA/KLTN của sinh viên)

Tên đê tài: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHÂN COMPOST Ủ HIẾU KHÍ TỪ RÁC THẢI
HỮU CƠ
Giảng viên hướng dẫn: Th.S TRẦN THANH THƯ
Sinh viên được hướng dẫn: VÕ THỊ THÂN
MSSV: 56130387
Khóa: K56
Ngành: Công nghệ kỹ thuật môi trường
Lần KT
1
2
3
4
5
6
7

Ngày

Nội dung

Nhận xét của GVHD

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM
Ngày kiểm tra:
……………………..

Đánh giá công việc hoàn thành: ……%
Ký Tên
Được tiếp tục:  Không tiếp tục: 
……………….

8
9
10
11
12
13
14
15
Nhận xét chung (sau khi sinh viên hoàn thành ĐA/KL):
…………………………………………………………………………………………….………
…………………………………………………………………………………….………………
Điểm hình thức:……/10
Đồng ý cho sinh viên:

Điểm nội dung:......./10
Được bảo vệ: 

Điểm tổng kết:………/10

Không được bảo vệ: 
Khánh Hòa, ngày..….tháng…….năm………

Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

iii


CAM ĐOAN CỦA SINH VIÊN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em. Các số liệu sử dụng phân
tích trong báo cáo có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên
cứu trong đề tài do em tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực và khách quan. Các kết
quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ báo cáo nào khác.
Sinh viên thực hiện

Võ Thị Thân

iv


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Viện Công
nghệ sinh học và Môi trường cùng toàn thể quý thầy cô Trường Đại học Nha Trang.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn cô Trần Thanh Thư đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp của em. Với kiến thức vững chắc và
lòng nhiệt tình của mình cô đã giải đáp giúp em nhiều thắc mắc, góp ý cho em những điều
còn thiếu sót.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm
đã tạo điều kiện cho em được thực hành thí nghiệm để hoàn thành thí nghiệm với kết quả

tốt nhất.
Tiếp đến em xin cảm ơn cô, chú trong Ban quản lý chợ Vĩnh Hải đã tạo điều kiện
tốt nhất để em thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình đã luôn ủng hộ và giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập. Cảm ơn bạn bè đã giúp đỡ em tận tình trong thời gian làm đồ án.
Cuối cùng, em xin kính chúc Quý thầy cô Trường Đại học Nha Trang, cô Trần Thanh
Thư, gia đình và bạn bè luôn mạnh khỏe và thành công trong cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày

tháng

Sinh viên thực hiện

Võ Thị Thân

v

năm


MỤC LỤC
Đề mục
Trang
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐA / KLTN............................................ iii
CAM ĐOAN CỦA SINH VIÊN ........................................................................................ iv
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... v
MỤC LỤC .......................................................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................... ix
DANH MỤC BIỂU ĐỒ ...................................................................................................... x

DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................... xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
1. Sự cần thiết của đề tài................................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .................................................................................. 2
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ........................................................................... 2
4. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài ................................................................... 3
4.1. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................... 3
4.2. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 4
1.1

Tổng quan về rác thải hữu cơ.................................................................................. 4

1.1.1 Khái niệm ............................................................................................................... 4
1.1.2 Nguồn gốc phát sinh .............................................................................................. 4
1.1.3 Thành phần ............................................................................................................. 4
1.1.4 Ảnh hưởng của rác thải hữu cơ .............................................................................. 5
1.1.5 Các phương pháp xử lý rác hữu cơ ........................................................................ 6
1.2

Tổng quan về phương pháp ủ hiếu khí ................................................................. 10

1.2.1 Khái niệm quá trình ủ hiếu khí ............................................................................ 10
1.2.2 Các phản ứng hóa sinh của quá trình phân hủy ................................................... 10
1.2.3 Các nhóm vi sinh vật có mặt trong quá trình ủ phân rác ..................................... 13
vi


1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí ...................................... 13

1.3

Tổng quan về phân compost ................................................................................. 20

1.3.1 Khái niệm phân compost ..................................................................................... 20
1.3.2 Nguồn gốc ............................................................................................................ 21
1.3.3 Các phương pháp chế biến phân compost ........................................................... 21
1.3.4 Một số công nghệ chế biến phân compost điển hình ........................................... 24
1.3.5 Mục đích, lợi ích và hạn chế của quá trình chế biến phân hữu cơ ....................... 27
1.3.6 Chất lượng phân hữu cơ ....................................................................................... 30
1.4

Hiện trạng phát sinh chất thải rắn tại Khánh Hòa ................................................. 31

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 34
2.1

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 34

2.2

Phương pháp tiến hành ......................................................................................... 34

2.2.1 Thiết lập mô hình ủ phân compost hiếu khí......................................................... 34
2.2.2 Nạp nguyên liệu và theo dõi quá trình ủ .............................................................. 39
2.3

Phương pháp phân tích trong phòng thí nghệm .................................................... 39

2.3.1 Xác định pH ......................................................................................................... 39

2.3.2 Phân tích độ ẩm .................................................................................................... 39
2.3.3 Xác định hàm lượng chất rắn bay hơi (VS) ......................................................... 40
2.3.4 Xác định hàm lượng chất hữu cơ ......................................................................... 41
2.3.5 Xác định hàm lượng tổng nitơ ............................................................................. 41
2.3.6 Xác định chỉ số nảy mầm sinh học (Germination index bioassay) ...................... 42
2.4

Thử nghiệm phân bón trên cây trồng .................................................................... 44

2.4.1 Nguyên liệu .......................................................................................................... 44
2.4.2 Bố trí thí nghiệm .................................................................................................. 44
2.5

Phương pháp xử lý số liệu .................................................................................... 45

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 46
3.1

Một số chỉ tiêu đầu vào của nguyên liệu ủ ........................................................... 46

3.1.1 Độ ẩm ................................................................................................................... 46
3.1.2 Tỷ lệ C/N .............................................................................................................. 47
3.2

Kết quả thí nghiệm ................................................................................................ 48

3.2.1 Kết quả theo dõi trong quá trình ủ ....................................................................... 48
vii

3.2.2 Kết quả phân tích phòng thí nghiệm .................................................................... 51
3.3

Kết quả mô hình thử nghiệm phân bón trên cây trồng ......................................... 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 64
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 66
PHỤ LỤC 1: TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9297 : 2012 ...................................... 66
PHỤ LỤC 2: TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9294 : 2012 ...................................... 71
PHỤ LỤC 3: TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 8557:2010 ........................................ 78
PHỤ LỤC 4: BẢNG THEO DÕI SỰ NẢY MẦM CỦA HẠT TRÊN ĐĨA PETRI ...... 89
PHỤ LỤC 5: MỘT SỐ HÌNH ẢNH ............................................................................... 90

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Các phương pháp xử lý chất thải rắn hữu cơ ...................................................... 6
Hình 1.2: Sơ đồ chung của quá trình ủ hiếu khí CTR đô thị ............................................. 10
Hình 1.3: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ hiếu khí................................................... 12
Hình 2.1: Rác thải tập trung tại chợ Vĩnh Hải ................................................................... 34
Hình 2.2: Sơ đồ thành phần vật liệu tỷ lệ 5:4:1 ................................................................. 35
Hình 2.3: Sơ đồ thành phần vật liệu tỷ lệ 2,5:2:1 .............................................................. 35
Hình 2.4: Sơ đồ quy trình ủ phân hữu cơ .......................................................................... 36
Hình 2.5: Rau củ quả trước và sau sơ chế ......................................................................... 37
Hình 2.6: Thùng ủ rác thải đục lỗ ...................................................................................... 38
Hình 2.7: Bố trí mô hình thùng ủ ...................................................................................... 38
Hình 2.8: Dịch phân ủ sau khi ly tâm ................................................................................ 43
Hình 2.9: Đĩa petri lót giấy lọc .......................................................................................... 43

Hình 2.10: Hạt giống được cấy trên đĩa petri .................................................................... 43
Hình 2.11: Bố trí thí nghiệm nảy mầm hạt ........................................................................ 45
Hình 3.1: Hạt cấy trên đĩa petri sau khi ủ 72h ................................................................... 56
Hình 3.2: Cây phát triển sau 7 ngày .................................................................................. 60
Hình 3.3: Cây phát triển sau 14 ngày ................................................................................ 60

ix


DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3.1: Đồ thị biến thiên nhiệt độ (ºC) của 10 thùng trong 8 tuần ............................ 49
Biểu đồ 3.2: Biểu đồ % độ sụt giảm thể tích của các thùng ủ. .......................................... 50
Biểu đồ 3.3: Độ biến thiên độ ẩm của 8 thùng ủ ............................................................... 52
Biểu đồ 3.4: Độ biến thiên hàm lượng chất rắn dễ bay hơi VS sau 8 tuần ủ .................... 54
Biểu đồ 3.5: Biểu đồ tỷ lệ C/N .......................................................................................... 55
Biểu đồ 3.6: Biểu đồ hàm lượng chất hữu cơ .................................................................... 56
Biểu đồ 3.7: Chỉ số nảy mầm sinh học của các thùng ở từng tỷ lệ pha loãng ................... 58

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tỷ lệ C/N của chất thải (tính theo chất khô) ..................................................... 17
Bảng 1.2: Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí................. 19
Bảng 1.3: Chỉ tiêu chất lượng chính của phân hữu cơ ...................................................... 30
Bảng 1.4: Yêu cầu kỹ thuật của phân hữu cơ vi sinh ........................................................ 30
Bảng 1.5: Thành phần CTRSH tại Khánh Hòa ................................................................. 33
Bảng 2.1: Khối lượng từng thành phần vật liệu ................................................................ 36
Bảng 3.1: Độ ẩm của các thành phần phân compost thông thường .................................. 46
Bảng 3.2: Độ ẩm mục tiêu của từng tỷ lệ ủ ....................................................................... 47

Bảng 3.3: Tỷ lệ C/N của từng tỷ lệ phối trộn .................................................................... 48
Bảng 3.4: Kết quả đo nhiệt độ (ºC) sau 8 tuần khảo sát .................................................... 48
Bảng 3.5: % Độ sụt giảm thể tích sau 8 tuần .................................................................... 50
Bảng 3.6: Kết quả đo pH sau 8 tuần khảo sát.................................................................... 51
Bảng 3.7: Kết quả độ ẩm (%) qua 6 tuần khảo sát ............................................................ 52
Bảng 3.8: Hàm lương chất rắn bay hơi (VS) trong 6 tuần ................................................ 53
Bảng 3.9: Tỷ lệ C/N sau 8 tuần ủ ...................................................................................... 54
Bảng 3.10: Hàm lượng hữu cơ (%) chứa trong phân ủ ..................................................... 55
Bảng 3.11: Giá trị trung bình độ nảy mầm tương đối của hạt (RSG %) ........................... 57
Bảng 3.12: Giá trị trung bình độ dài rễ tương đối của hạt (RRG %) ............................... 57
Bảng 3.13: Chỉ số nảy mầm sinh học (GI) ........................................................................ 57
Bảng 3.14: Kết quả mô hình gieo hạt thực nghiệm ........................................................... 59

xi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD: Biochemical Oxygen Demand
COD: Chemical Oxygen Demand
CTR: Chất thải rắn
CTRCN: Chất thải rắn công nghiệp
CTRHC: Chất thải rắn hữu cơ
CTRSH: Chất thải rắn sinh hoạt
GI: Germination Index
ODA: Official Development Assistance
RRG: Relative Root Growth
RSG: Relative Seed Germination
TS: Total Solids
VS: Volatile Solids

VSV: Vi sinh vật

xii


MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Theo FAO (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc) tính đến năm 2050
dân số thế giới sẽ tăng thêm 2 tỷ người và nhu cầu về thức ăn và sữa sẽ tăng thêm 70%.
Điều này sẽ đi đôi với lượng rác thải phát sinh sẽ tăng thêm một lượng đáng kể. Tại Việt
Nam, tốc độ phát sinh rác thải đang dao động từ 0,35-0,8kg/người/ngày. Rác thải là sản
phẩm tất yếu của cuộc sống được thải ra từ các hoạt động sản xuất, sinh hoạt hàng ngày của
con người. Cùng với sức sống của con người hiện đại và công cuộc công nghiệp hóa ngày
càng phát triển lượng rác thải ra môi trường ngày càng nhiều với các thành phần phức tạp
và đa dạng.
Phương pháp xử lý chất thải rắn chính hiện nay của nước ta là chôn lấp, với kỹ thuật
đơn giản, lượng rác ở đô thị được đưa đến bãi chôn lấp tập trung chỉ chiếm 60 – 65%. Các
công trình xử lý chất thải rắn hữu cơ (CTRHC) làm phân vi sinh chỉ mới được đầu tư xây
dựng tại các đô thị lớn. Bên cạnh đó, số công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý
CTRHC ủ sinh học phục vụ công tác thiết kế, quản lý vận hành đang rất ít và thường chưa
được công bố. Thực tế việc áp dụng công nghệ này sao cho phù hợp với thành phần và tính
chất của chất thải hữu cơ là một vấn đề rất phức tạp và khó kiểm soát. Cho đến nay, hầu
hết các công trình xử lý CTRHC bằng phương pháp ủ sinh học ở Việt Nam đang đầu tư ở
quy mô tập trung. Với quy mô công nghiệp, các công trình này đang gặp phải những khó
khăn chính như: khó khăn về nguồn nguyên liệu do chưa phân loại chất thải tại nguồn, công
nghệ xử lý đòi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng, sự tương quan giữa nơi sản xuất và tiêu thụ
sản phẩm chưa phù hợp,… Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn đã đặt ra sự cần thiết phải
tìm kiếm, lựa chọn quy mô xử lý CTRHC phù hợp với điều kiện thực tiễn. Xu hướng ủ hiếu
khí CTRHC làm phân compost đang được quan tâm nghiên cứu và có một số ứng dụng,
thử nghiệm. Tuy nhiên, đánh giá các thông số của sản phẩm tạo thành để đảm bảo chất

lượng phân bón vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể.

1


Từ những vấn đề đã nêu ra như trên đề tài được lựa chọn “Đánh giá chất lượng phân
compost ủ hiếu khí từ chất thải hữu cơ”. Nội dung của đề tài phần nào sẽ góp phần trong
việc ứng dụng rộng rãi mô hình ủ phân hữu cơ ở quy mô vừa và nhỏ.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đánh giá chất lượng phân compost từ mô hình ủ hiếu khí với những tỷ lệ, thành phần
phân ủ khác nhau để ứng dụng cho các mục đích sử dụng như cải tạo đất canh tác và phân
bón cho cây trồng.
Mục tiêu cụ thể:
-

Bằng thực nghiệm, làm sáng tỏ các yếu tố đầu vào (thành phần, kích thước nguyên

liệu ủ, tỷ lệ và các chế phẩm bổ sung), các yếu tố trong quá trình vận hành (nhiệt độ, độ
ẩm, độ sụt giảm thể tích) đến hiệu quả của quá trình ủ phân compost từ rác thải hữu cơ.
-

Phân tích các chỉ tiêu của sản phẩm compost sau quá trình ủ hiếu khí từ đó đưa ra

đề xuất về nguyên liệu đầu vào, thiết lập mô hình, quá trình vận hành nhằm tối ưu hóa mô
hình ủ phân compost từ rác thải hữu cơ.
Mục tiêu lâu dài:
-

Hướng tới công nghệ xử lý chất thải hữu cơ bằng sinh học đơn giản, dễ áp dụng,

không tốn kém nhiều chi phí vận hành, thu được các sản phẩm tái sử dụng an toàn với môi
trường.
-

Góp phần giảm thiểu một phần lượng rác thải ra môi trường, cung cấp một chiến

lược xử lý chất thải bền vững kết hợp giữa ổn định chất thải và thu hồi chất dinh dưỡng.
Sản phẩm cuối cùng được sử dụng cho mục đích làm phân bón cho cây trồng.

3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Đề tài đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính sau:
Phương pháp thống kê và kế thừa: Thu thập, xử lý các số liệu và kế thừa kết quả nghiên
cứu của các báo cáo đã có.
Phương pháp khảo sát thực tế: Khảo sát địa điểm thực tiễn.
2


Phương pháp lý thuyết: thu thập thông tin thông qua đọc sách báo, tài liệu nhằm mục
đích tìm chọn những khái niệm cơ bản là cơ sở cho lý luận của đề tài, hình thành giả thuyết
khoa học, dự đoán về những thuộc tính của đối tượng nghiên cứu, xây dựng những mô hình
lý thuyết hay thực nghiệm ban đầu.
Phương pháp tổng hợp, so sánh: Tổng hợp các số liệu thu thập được, so sánh với Tiêu
chuẩn, quy chuẩn Việt Nam, từ đó đánh giá và đề xuất các giải pháp.
Phương pháp lấy mẫu và phân tích thí nghiệm: Lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu để
định tính, định lượng đối tượng cần nghiên cứu theo quy chuẩn Việt Nam.
Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phầm mềm Microsoft Excel 2016 để xử lý thông
tin, số liệu hoàn thiện bài báo cáo.

4. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

4.1.

Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài đã nghiên cứu tổng quan về chất thải rắn và các phương pháp xử lý sinh học
CTRHC trên thế giới và ở Việt Nam: phân tích và so sánh hiệu quả xử lý CTRHC của các
phương pháp khác nhau; đề xuất xử lý CTRHC bằng phương pháp ủ hiếu khí phù hợp với
các mô hình vừa và nhỏ.
Thông qua nghiên cứu thực nghiệm, bước đầu xác định các thông số kỹ thuật trong
vận hành hệ thống ủ phân compost hiếu khí, đối chứng với các kết quả thực tế. Kết quả
nghiên cứu của đề tài đáp ứng nhu cầu cấp thiết hiện nay về công nghệ xử lý CTRHC phù
hợp với từng quy mô vừa và nhỏ.

4.2.

Ý nghĩa khoa học

Những đóng góp khoa học của đề tài:
-

Cung cấp các thông số trong suốt quá trình ủ phân.

-

Đề xuất tỷ lệ hợp lý để thực hiện quá trình ủ phân ở quy mô nhỏ.

-

Đưa ra phương pháp để đánh giá chất lượng của phân compost sau quá trình ủ hiếu

khí.
3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về rác thải hữu cơ
1.1.1 Khái niệm
Rác thải hữu cơ là loại rác thải có nguồn gốc từ thiên và có thành phần chính là C, H,
O. Ngoài 3 thành phần chính này, rác thải hữu cơ còn có thêm các thành phần khác như S,
N, P… Nói một cách khái quát, dễ hiểu hơn thì đó là các chất thải được loại bỏ từ nguyên
liệu thực phẩm, thức ăn thừa, vỏ và hoa quả, bánh kẹo, hoa lá trang trí mà con người không
dùng được nữa, vứt bỏ vào môi trường sống. Rác hữu cơ có thể làm thức ăn cho động vật
hoặc sau khi được xử lý có thể làm phân bón cho cây trồng, … [13]

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh
-

Phần bỏ đi của thực phẩm sau khi được lấy đi phần chế biến thức ăn cho con người

như: bã mía, bã café,…
-

Phần thực phẩm thừa hoặc hư hỏng không thể sử dụng cho con người như: thức ăn

thừa, các loại rau củ quả thải bỏ,…
-

Các loại hoa, lá, cây, cỏ không được con người sử dụng sẽ trở thành rác thải hữu cơ

như: cỏ cây bị cắt xén/chặt bỏ, lá rụng,…

1.1.3 Thành phần [6]
Theo Thành phần các chất hữu cơ chủ yếu trong rác thải là: hydratcacbon, protein, lipit.
1. Hydratcacbon bao gồm:
 Lignin là hợp chất cao phân tử được cấu thành từ ba loại rượu chủ yếu là: trans-pcumarylic (~80%), trans-conferylic (~6%) và trans-xinapylic (14%).
-

Lignin rất bền vững dưới tác dụng của các enzym.

-

Lignin không bị phân hủy bởi các vi khuẩn yếm khí.

-

Bị phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí tạo thành chất mùn.

-

Nhiều khả năng biến đổi thành phenol.

-

Bị phân hủy bởi kiềm (natri bisunfit) và axit sunfua.

 Tinh bột (C6H6O6) là hợp chất cao phân tử có nhiều trong ngũ cốc, ngô, khoai tây,
khoai lang,…
4

-

Được cấu thành từ hai thành phần chủ yếu là: amyloza (~25%) và amylopectin

(75%).
-

Amyloza tan được trong nước nóng còn amylopectin tạo thành hồ keo.

-

Bị phân hủy bởi các vi sinh vật α-, β- và γ – amylaza tạo thành các loại đường

maltoza, dextrin và glucoza.
2. Protein là hợp chất cao phân tử chứa nitơ. Thường chứa đến 15-17,5% nitơ.
-

Protein cấu tạo từ các axit amin do tổng hợp từ C, N.

-

Protein bị phân hủy bởi các vi sinh vật hoại sinh, nấm mốc, các xạ khuẩn,…

3. Lipit là các este của glyxerin và axit béo.
-

Thường chứa trong thành phần thực vật, các cây có dầu như lạc, cọ, ngô, đậu, bông.

-

Lipit thường bị thủy phân chậm.

-

Bị các vi sinh vật phân hủy thành enzym phospholipaza, phospholipit.

1.1.4 Ảnh hưởng của rác thải hữu cơ [15]
1.1.4.1

Ảnh hưởng đến môi trường

Ảnh hưởng của rác thải sinh hoạt đến nguồn nước: Rác hữu cơ sau khi bị phân huỷ
sẽ tác động trực tiếp và gián tiếp đến chất lượng nước mặt, nước ngầm trong khu vực. Lâu
dần lượng rác nhiều lên, sẽ làm giảm diện tích ao, hồ giảm khả năng tự làm sạch của nước
(do hệ sinh thái trong nước bị hủy diệt), gây cản trở các dòng chảy, tắc cống rãnh thoát
nước, làm ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, gây ra các bệnh nguy hiểm.
Ảnh hưởng đến môi trường đất: Rác thải chứa nhiều thành phần khác nhau, khi rác
thải được đưa vào môi trường và không được xử lý khoa học thì những chất độc xâm nhập
vào đất sẽ tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích cho đất, làm cho môi trường đất bị giảm tính
đa dạng sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng.
Ảnh hưởng đến cảnh quan: Rác thải sinh hoạt vứt bừa bãi, chất đống lộn xộn, không
thu gom, vận chuyển đến nơi xử lý,… để lại những hình ảnh không đẹp, gây mất mỹ quan.

1.1.4.2

Ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng

Các loại rác hữu cơ dễ phân huỷ gây hôi thối, phát triển vi khuẩn gây hại làm ô nhiễm,
mất vệ sinh môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe. Khu tập trung rác là nơi thu hút, phát
5

sinh và phát triển chuột, ruồi, muỗi, gián, các loại vi trùng gây nhiều chứng bệnh truyền
nhiễm cho con người, vật nuôi trong gia đình. Rác thải không được thu gom, tồn đọng trong
không khí, lâu ngày sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ của những người sống xung quanh. Những
người sống gần bãi rác hoặc tiếp xúc thường xuyên với rác như những người làm công việc
thu nhặt các phế liệu từ bãi rác, dễ mắc các bệnh như viêm phổi, sốt rét, các bệnh về mắt,
tai, mũi họng, bệnh ngoài da, bệnh phụ khoa… Đặc biệt, các bãi rác công cộng là nguồn
mang dịch bệnh. Trong các bãi rác, vi khuẩn thương hàn có thể tồn tại trong 15 ngày, vi
khuẩn lỵ tồn tại 40 ngày, trứng giun đũa tồn tại 300 ngày… Các loại vi trùng gây bệnh trong
rác thải càng trở nên nguy hiểm khi có các vật chủ trung gian gây bệnh tồn tại trong các bãi
rác như những ổ chuột, ổ ruồi, muỗi… Một số bệnh điển hình do các vật chủ trung gian
truyền bệnh như: chuột truyền bệnh dịch hạch, bệnh sốt vàng da do xoắn trùng; ruồi, gián
truyền bệnh đường tiêu hoá; muỗi truyền bệnh sốt rét, sốt xuất huyết…

1.1.5 Các phương pháp xử lý rác hữu cơ [2]
Đã có rất nhiều phương pháp xử lý chất thải hữu cơ trên thế giới. Tùy theo từng điều
kiện mà các phương pháp đó được thực hiện ở các quốc gia khác nhau. Thậm chí tùy từng
giai đoạn cụ thể mà người ta áp dụng các phương pháp phù hợp với điều kiện đó.
Các phương pháp đó được tóm tắt như sau:
Phương pháp đổ thành đống rác tự nhiên (open dumps)

Phương pháp ủ
(composting)

Phương pháp chôn lấp hợp
vệ sinh (sanitary landfill)
Chất thải hữu cơ

Phương pháp

sản xuất biogas

Phương pháp thiêu, đốt
(combustion and incineration)
Hình 1.1 Các phương pháp xử lý chất thải rắn hữu cơ

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu quá trình phân huỷ sinh học CTRHC. Do đó chỉ trình
bày các phương pháp sinh học mà không nghiên cứu sâu quá trình thiêu đốt.
6


1.1.5.1

Phương pháp đổ rác thành đống ngoài trời (open dumps).

Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất, ít tốn kém nhất và cũng gây ra nhiều vấn
đề cho môi trường nhất.
Theo phương pháp này, người ta thu gom chất thải, vận chuyển chất thải đến địa điểm
đã xác định là nơi xử lý. Địa điểm đổ chất thải thường là nơi đảm bảo những yêu cầu cơ
bản sau:
-

Xa nơi dân cư.

-

Xa nguồn nước.

-

Dễ vận chuyển.

Ở nhiều nước người ta đổ rác thành từng đống có kích thước khác nhau. Lớp rác này
chồng lên lớp rác khác làm cho đống rác hỗn độn không theo một quy định nào. Chính vì
thế mà phương pháp này có những nhược điểm sau:
-

Bề mặt bãi rác không được phủ kín, gây hiện tượng thoát khí từ bãi rác. Ô nhiễm

không khí gây ảnh hưởng đến người dân xung quanh.
-

Tạo ra lượng nước rò rỉ lớn, mức độ ô nhiễm cao.

-

Tốc độ phân hủy lâu, không đồng đều tại các vị trí của đống rác.

-

Phần lớn rác chưa được phân loại nên sẽ chứa nhiều chất khó phân hủy và độc hại

ảnh hưởng đến môi trường đất.
-

Công việc quản lý ở bãi rác rất tốn kém vì lượng khí phải và nước rỉ rác phát sinh

hàng ngày rất lớn.
Thực tế ở thành phố Hồ Chí Minh đã cho thấy, bãi rác ở Đông Thạnh, huyện Hocmon
có lúc chứa khoảng 6 triệu tấn rác. Lượng nước rò rỉ hàng ngày này lên đến 1000m3, gây

nên hiện tượng ô nhiễm nguồn nước rất lớn. Ngoài ra, lượng khí thải từ bãi rác không được
kiểm soát, gây ra những tác động không nhỏ đến sức khỏe của người dân xung quanh khu
vực, chi phí để quản lý bãi rác này lên đến hàng chục tỷ đồng trong một năm.
Thực tế khác ở Việt Nam cũng cho thấy, nếu chọn phương pháp đổ thành đống ngoài
trời như đã trình bày ở phần trên còn phổ biến ở nhiều thị trấn, thị xã và cả những thành
phố lớn như Hải Phòng, Hà Nội, Nha Trang, Cần Thơ,… Hậu quả là do đô thị hóa quá
7


nhanh, các bãi rác trước kia nằm ngoài đô thị nay lại nằm trong khu dân cư. Điều đó đòi
hỏi phải giải quyết nhanh, nếu cứ tồn tại cuộc sống người dân sẽ bị đe dọa bởi chất độc, khí
độc do bãi rác tạo nên.
Ở các nước phát triển, phương pháp đổ rác thài thành đống ngoài trời đang dần dần được
loại bỏ, thay vào đó người ta áp dụng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh.

1.1.5.2

Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh (Sanitary Landfill)

Bản chất của phương pháp chôn lấp là lưu giữ các loại chất thải vào trong một hố, phía
trên có phủ một lớp đất. Phương pháp này được nhiều nước trên thế giới áp dụng vì dễ thực
hiện và chi phí không cao. Sau khoảng thời gian vài năm, người ta tiến hành khai thác
những hố chôn lấp này hoặc có thể là không khai thác. Ở nhiều nước lại sử dụng bề mặt
của những hố chôn rác này để sản xuất rau, các loại hoa hoặc trồng cây lâu năm sau khi hố
chôn rác đã vào thể ổn định.
Chôn lấp hợp vệ sinh (sanitary landfill) là phương pháp chôn lấp rác cùng vào những
hố đào có tính toán về dung lượng, có gia cố cẩn thận để kiểm soát khí thải và lượng nước
rò rỉ.
Cả hai phương pháp trên đều dựa trên nền tảng là tạo môi trường yếm khí để vi sinh vật
tham gia phân hủy các thành phần hữu cơ có trong rác. Nhưng khác nhau là phương pháp

trên không kiểm soát còn phương pháp sau có kiểm soát hiện tượng ô nhiễm đất, nước,
không khí. Thời gian đầu của quá trình chôn lấp, các vi sinh vật yếm khí và cả hiếu khí tùy
nghi hoạt động. Trong thời gian này, trong khối rác chôn lấp vẫn tồn tại lượng oxy có trong
không khí ở hố rác không nhỏ. Các loài vi sinh vật trong hố rác này hoạt động rất mạnh.
Thời gian lên men này là thời gian hiếu khí, thời gian hiếu khí thường kéo dài không lâu,
tiếp đó dần dần chuyển sang giai đoạn yếm khí. Nhiệt độ ở thời gian lên men hiếu khí bắt
đầu tăng và khi chuyển sang giai đoạn yếm khí, nhiệt độ dần chuyển sang chế độ ổn định ở
mức độ cao.
Sản phẩm quá trình hoạt động của vi sinh vật là các axit hữu cơ, các chất mùn, các chất
khí CO2, NH3, CH4, H2S,…và cả sinh khối vi sinh vật. Về nguyên tắc, các chất dễ phân hủy

8


sẽ được vi sinh vật phân giải trước, các chất khó phân giải sẽ lần lượt được phân giải từ từ
cho đến khi mức độ phân giải thấp nhất và khối rác chôn lấp đạt mức độ ổn định.
Tuy nhiên cũng cần hiểu rằng, ở một số trường hợp, do bị ảnh hưởng bởi các yếu tố vật
lý, hóa học không thuận lợi, các loại vi sinh vật không phát triển hoặc phát triển rất kém,
dẫn đến khả năng phân giải sẽ không cao và như vậy khối chất thải hữu cơ chôn lấp này rất
khó chuyển sang trạng thái ổn định.
Một đặc điểm khác cũng thấy xảy ra ở các đống chôn lấp và vi sinh vật ở vùng đáy của
hố chôn lấp thường phải chịu áp suất rất cao. Do đó, khi phân tích số lượng vi sinh vật ở
những hố chôn rác thường thấy số lượng ở vùng này thấp và độ ẩm thường rất cao. Số lượng
vi sinh vật ở vùng này thấp còn có nguyên nhân khác tác động là vì chứa đựng và tích tụ
nhiều chất độc của rác từ trên xuống.
Như vậy, bản chất của quá trình chôn lấp hợp vệ sinh là duy trì và phát triển các quá
trình sinh học xảy ra trong hố chôn lấp chất thải hữu cơ và thực hiện các biện pháp kiểm
soát ô nhiễm do hố chôn lấp chất thải gây ra.

1.1.5.3

Phương pháp ủ chất thải (Waste Composting)

Theo Haug (1980) ủ chất thải (waste composting) là quá trình phân giải sinh học các
chất hữu cơ dẫn tới sự ổn định khối ủ trong tồn trữ và sử dụng như một dạng phân hữu cơ.
Một định nghĩa khác đang phổ biến ở các nước châu Âu, về ủ chất thải. Theo định nghĩa
này, ủ chất thải là sự kiểm soát quá trình hiếu khí hoạt động của các vi sinh vật ưa ấm và
ưa nóng. Kết quả hoạt động của vi sinh vật sẽ tạo ra CO2, nước, chất khoáng và chất hữu
cơ ổn định.
Về tổng thể, quá trình ủ là quá trình phân giải một loạt các chất hữu cơ có trong chất
thải sinh hoạt, bùn cặn, phân gia súc, gia cầm các chất thải hữu cơ nông nghiệp. Quá trình
ủ chất thải được thực hiện cả trong điều kiện hiếu khí và cả trong điều kiện kỵ khí.
a. Ủ hiếu khí

9


Là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật khi có mặt của oxy. Sản phẩm
cuối của quá trình phân giải này là CO2, NH3, nước, nhiệt các chất hữu cơ đã ổn định và
sinh khối vi sinh vật.
b. Ủ kỵ khí
Là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật khi không có mặt của oxy.
Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là CH4, CO2, NH3, một vài khí khác với số lượng rất
nhỏ, các axit hữu cơ, nhiệt, các chất hữu cơ ổn định và sinh khối.
NH3 được tạo ra ngay cả trong điều kiện kỵ khí và hiếu khí. Chúng nhanh chóng được
các vi khuẩn nitrat hóa có trong khối ủ chuyển thành NO3-.
Ủ hiếu khí thường xảy ra nhanh, ủ yếm khí xảy ra trong thời gian dài.

1.2 Tổng quan về phương pháp ủ hiếu khí [1]
1.2.1 Khái niệm quá trình ủ hiếu khí

Quá trình ủ hiếu khí là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và ổn định các chất hữu cơ
trong CTR đô thị (trừ nhựa, cao su và da thuộc) nhờ hoạt động của vi sinh vật. Sản phẩm
của quá trình phân hủy sinh học này bao gồm CO2, nước, nhiệt, chất mùn ổn định, không
mang mầm bệnh và được sử dụng làm phân bón cho cây trồng.

VSV, dinh dưỡng,
ẩm, không khí

CT
R

Phân
loại

Rác hữu cơ

Loại rác

Phân hủy hiếu
khí (ủ phân)

Chất hữu cơ
không đạt yêu cầu
Tái chế, chôn lấp
Hình 1.2 Sơ đồ chung của quá trình ủ hiếu khí CTR đô thị

1.2.2 Các phản ứng hóa sinh của quá trình phân hủy
10

Sàng

phân loại

Phân hữu cơ


Quá trình phân hủy CTR diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạo nhiều sản
phẩm trung gian. Ví dụ, quá trình phân hủy protein: protein
hợp chất ammonium

peptides

nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3.

Đối với carbonhydrat, quá trình phân hủy xảy ra: carbonhydrat
axit hữu cơ

amino axit

đường đơn

CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn.

Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp,
hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết. Một cách tổng quát căn cứ trên sự biến thiên nhiệt
độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha 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 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 ủ hiếu khí
và phân hủy kỵ khí được đặc trưng bởi hai phương trình:
COHNS + O2 + VSV hiếu khí => CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng
COHNS + VSV kỵ khí => CO2 + H2S + NH3 + CH4 + sản phẩm khác + năng lượng
-

Pha trưởng thành là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường. Trong

pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (đó là
quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khoáng (sắt, canxi,
nitơ,…) và cuối cùng thành mùn. Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrat hóa, amonia (sản
phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và
cuối cùng thành nitrat (NO3-):
NH4+ + 3/2O2 => NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 1/2O2 => NO3Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitart hóa diễn ra như sau:
NH4+ + 2O2 => NO3- + 2H+ + H2O
Mặt khác, trong mô tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng cho quá
trình tổng hợp:
11


NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O => C5H7NO2 + 5O2
Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:

22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- => 21NO3- + C5H7NO2 + 20 H2O + 42H+

Hình 1.3 Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ hiếu khí

Tóm lại, quá trình phân hủy hiếu khí CTR bao gồm ba giai đoạn đoạn chính sau:
-

Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày.

-

Giai đoạn nhiệt độ cao: có thể kéo dài từ một vài ngày đến một vài tháng.

-

Giai đoạn làm mát và ổn định: kéo dài vài tháng.

Trong quá trình phân hủy hiếu khí, ứng với từng giai đoạn ủ khác nhau các loài vi sinh
vật ưu thế cũng khác nhau. Quá trình phân hủy ban đầu do các vi sinh vật chịu nhiệt trung
bình chiếm ưu thế, chúng sẽ phân hủy nhanh chóng các hợp chất dễ phân hủy sinh học.
Nhiệt độ trong quá trình này sẽ gia tăng nhanh chóng do nhiệt mà các vi sinh vật tạo ra. Khi
nhiệt độ gia tăng trên 40ºC, các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình sẽ bị thay thế bởi các vi
sinh vật hiếu nhiệt. Khi nhiệt độ gia tăng đến 55ºC và trên nữa, các vi sinh vật gây bệnh sẽ
bị tiêu diệt. Khi nhiệt độ gia tăng đến 65ºC sẽ có rất nhiều loài vi sinh vật sẽ bị chết và nhiệt
độ này cũng là giới hạn trên của quá trình phân hủy hiếu khí.
Riêng trong giai đoạn hiếu nhiệt, nhiệt độ cao làm tăng quá trình phân hủy protein, chất
béo và các hydrocacbon phức hợp như xenlulo và hemixenlulo. Sau giai đoạn này, nhiệt độ
của quá trình ủ sẽ giảm từ từ và các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế trong
giai đoạn cuối.
12

1.2.3 Các nhóm vi sinh vật có mặt trong quá trình ủ phân rác
Vi khuẩn có dạng hình que, hình cầu hay hình xoắn, nhiều loài có khả năng tự duy
chuyển. Khi bắt đầu của quá trình ủ phân rác, các vi khuẩn chịu nhiệt trung bình chiếm ưu
thế. Khi nhiệt độ gia tăng trên 40ºC, các vi khuẩn hiếu nhiệt sẽ tiếp quản. Trong giai đoạn
này, khuẩn hình que sẽ chiếm ưu thế về số lượng. Khi quá trình ủ phân rác được làm mát,
vi khuẩn chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế.
Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như
xenlulo, lignin, chitin và protein trong quá trình ủ rác. Enzym của chúng cho phép xạ khuẩn
phân hủy các mảnh vụn như thân cây, vỏ cây hoặc tạp chí. Một vài loài xuất hiện trong giai
đoạn chịu nhiệt trung bình, những loài khác đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn làm
mát và ổn định.
Nấm có vai trò quan trọng trong việc phân hủy các mảnh vụn, tạo cho các vi khuẩn tiếp
tục quá trình phân hủy hết các xenlulo còn lại. Các loài nấm có số lượng lớn trong cả hai
giai đoạn: nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao. Hầu hết nấm sống ở lớp bên ngoài của đống
ủ khi nhiệt độ cao.
Động vật nguyên sinh được tìm thấy trong nước rỉ rác của đống ủ nhưng có vai trò khá
nhỏ trong phân hủy rác.
Trùng roi được tìm thấy trong nước rỉ rác của đống ủ. Chúng ăn các hợp chất hữu cơ,
vi khuẩn và nấm.

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí
1.2.4.1

Các yếu tố vật lý

Các yếu tố vật lý có ảnh hưởng đến quá trình ủ gồm:
Nhiệt độ: nhiệt trong khối ủ là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi
vi sinh vật, phụ thuộc vào kích thước của đống ủ, độ ẩm, không khí và tỷ lệ C/N, mức độ

xáo trộn và nhiệt độ môi trường xung quanh.
Nhiệt độ trong đống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trình ủ, phụ thuộc vào
lượng nhiệt tạo ra bởi các vi sinh vật và thiết kế của hệ thống.
13