Nghiên cứu quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA SINH MÔI TRƯỜNG

HUỲNH THANH NHÀNG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT
PHÂN HỮU CƠ VI SINH TỪ PHÂN
CHIM CÚT

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA SINH MÔI TRƯỜNG

HUỲNH THANH NHÀNG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT
PHÂN HỮU CƠ VI SINH TỪ PHÂN
CHIM CÚT
Ngành: Công Nghệ Sinh Học

Người hướng dẫn: Ths. Lê Vũ Khánh Trang

Đà Nẵng – Năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Đà Nẵng, ngày 9 tháng 4 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thanh Nhàng


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp
đỡ tận tình từ các cá nhân và tập thể.
Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ths. Lê Vũ Khánh Trang đã
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa cùng các thầy cô giáo khoa
Sinh – Môi Trường trường Đại học Sư Phạm Đại học Đà Nẵng đã giúp đỡ tôi
trong quá trình học tập và nghiên cứu để tôi hoàn thành khóa luận.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn lớp 14CNSH đã luôn động viên và giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu ASUS khoa Sinh – Môi
Trường trường Đại học Sư Phạm Đại học Đà Nẵng đã giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện đề tài.
Và cuối cùng tôi xin cảm ơn Ba, Mẹ và gia đình đã lo lắng, chăm sóc và tạo
mọi điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian học tập và hoàn thành khóa luận tốt
nghiệp này.
Đà Nẵng, ngày 9 tháng 4 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thanh Nhàng


iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
TP
TX
VSV
KLN
TCVN

Thành phố
Thị xã
Vi sinh vật
Kim loại nặng
Tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng
1.1.
1.2.

Tên bảng

Trang

Mối tương quan giữa tỉ lệ C/N và thời gian ủ

18

Mối tương quan giữa tỷ lệ C/N và lượng đạm bị thất
thoát

19

2.1.

Các chủng vi sinh vật và môi trường nuôi cấy

29

2.2.

Tỉ lệ phối trộn cơ chất và bổ sung giống

30

3.1.

Kết quả phân tích tỉ lệ C/N của phân chim cút trước khi ủ

34

3.2.

Kết quả sự thay đổi nhiệt độ

35

3.3.

Kết quả sự thay đổi pH

38

3.4.

Kết quả các thông số trong đống ủ

40


v
DANH MỤC HÌNH ẢNH

Số hiệu
hình ảnh
1.1.
1.2.

Tên hình ảnh

Trang

Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ

9

Mô hình ủ compost theo luống có thông khí cưỡng
bức trên thế giới

16

2.1.

Bố trí thí nghiệm

28

3.1.

Biểu đồ diễn biến nhiệt độ của đống ủ

36

3.2.

Biểu đồ diễn biến pH của đống ủ

39

3.3.

Sơ đồ quy trình ủ phân hữu cơ từ phân chim cút

45


1

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................. ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................... v
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 4
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 4
2. Mục tiêu đề tài......................................................................................... 5
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................ 6
3.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................. 6
3.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................... 7
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỮU CƠ (COMPOST) ............................ 7
1.1.1. Định nghĩa phân hữu cơ .................................................................... 7
1.1.2. Các quá trình xảy ra trong khi ủ phân ............................................... 8
1.1.3. Các vi sinh vật xuất hiện trong đống ủ ........................................... 10
a. Vi sinh vật trong quá trình hiếu khí ...................................................... 10
b. Vi sinh vật trong quá trình kỵ khí ......................................................... 11
1.1.4. Ưu điểm của phân hữu cơ ............................................................... 12
1.1.5. Nhược điểm của phân hữu cơ ......................................................... 13
1.1.6. Các phương pháp ủ phân hữu cơ (compost) ................................... 13
1.1.7. Một số công nghệ ủ phân hữu cơ (compost) trong và ngoài nước . 14

1.2. CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
PHÂN COMPOST HIẾU KHÍ ................................................................. 17
1.2.1. Các yếu tố vật lý.............................................................................. 17
a. Nhiệt độ ................................................................................................. 17
b. Độ ẩm .................................................................................................... 19
c. Kích thước hạt ....................................................................................... 19


2
d. Độ rỗng.................................................................................................. 20
1.2.2. Các yếu tố hóa sinh ......................................................................... 20
a. Oxy ........................................................................................................ 20
b. Tỉ lệ C/N................................................................................................ 21
c. PH .......................................................................................................... 22
d. Dinh dưỡng ........................................................................................... 23
e. Vi sinh vật ............................................................................................. 23
1.3. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ PHÂN CHIM CÚT .......... 25
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .......................................................................................................... 27
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................... 27
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................. 27
2.2.1. Các nội dung nghiên cứu ................................................................ 27
2.2.2. Bố trí thí nghiệm ............................................................................. 28
2.2.3. Phạm vi nghiên cứu......................................................................... 28
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 29
2.3.1. Phương pháp tạo chế phẩm ............................................................. 29
a. Phương pháp hoạt hóa vi sinh vật ......................................................... 29
b. Phương pháp tạo chế phẩm ................................................................... 29
2.3.2. Phương pháp ủ phân........................................................................ 30
a. Phương pháp chuẩn bị nguyên liệu ....................................................... 30

b. Phương pháp ủ phân.............................................................................. 30
2.3.3. Phương pháp phân tích đống ủ ....................................................... 30
a. Phương pháp lấy mẫu ............................................................................ 30
a. Phương pháp đo nhiệt độ và pH ............................................................ 31
b. Phương pháp xác định Salmonella sp. .................................................. 31
c. Phương pháp xác định nitơ tổng số ....................................................... 31
d. Phương pháp xác định phospho tổng số ............................................... 31
e. Phương pháp xác định cacbon .............................................................. 32
f. Phương pháp xác định kim loại nặng .................................................... 32


3
g. Phương pháp xử lý số liệu .................................................................... 32
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .............................................. 33
3.1. KẾT QUẢ XỬ LÝ SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU TRƯỚC KHI Ủ ......... 33
3.1.1 Xử lý sơ bộ nguyên liệu ................................................................... 33
3.1.2. Điều chỉnh tỉ lệ C/N ........................................................................ 33
3.2. Kết quả theo dõi các thông số trong quá trình ủ ................................ 34
3.2.1. Nhiệt độ .......................................................................................... 34
3.2.2. PH .................................................................................................... 37
3.3. Kết quả phân tích phân chim cút thành phẩm.................................... 40
3.3.1. Phân tích các thông số trong phân hữu cơ sản xuất từ phân chim cút
................................................................................................................... 40
3.3.2. Xây dựng quy trình ủ phân hữu cơ từ phân chim cút ..................... 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 47
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................. 48


4

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, tình hình lạm dụng quá nhiều phân hóa học cũng như các loại
thuốc bảo vệ thực vật đã làm cho đất đai trồng trọt ngày càng trở nên bạc màu,
thiếu dưỡng chất, hệ vi sinh vật tự nhiên có lợi trong đất gần như bị tiêu diệt
hoàn toàn. Từ đó dẫn đến khả năng phân giải các chất độc và dư lượng hữu cơ
trong đất gần như là không có. Điều này có tác hại nghiêm trọng đến sự phát
triển của cây trồng. Cây không hấp thụ được dưỡng chất, sức đề kháng yếu do
nhiễm độc tố, các loại bệnh dễ dàng hình thành. Chính vì vậy, năng suất cây
trồng ngày càng giảm sút nghiêm trọng.
Phân hữu cơ vi sinh là giải pháp tốt nhất để cải tạo đất trồng. Ngoài các
thành phần như khoáng chất, đa – trung - vi lượng, trong phân hữu cơ vi sinh
có một hàm lượng vi sinh vật có lợi cao, giúp tăng khả năng phân giải các độc
tố, ức chế nấm bệnh, tăng sức đề kháng cho cây trồng, biến đất từ dạng chai
cứng trở nên tơi xốp, tạo môi trường thuận lợi cho giun, trùn phát triển, tạo hệ
vi sinh vật phong phú. Điều này sẽ làm cho cây phát triển tốt theo cách tự nhiên
vốn có của nó.[6]
Trong những năm gần đây, tại khu vực Đà Nẵng - Quảng Nam nói riêng,
cũng như vùng miền Trung Tây Nguyên nói chung rất phát triển nghề nuôi
chim cút. Lượng chất thải từ chim cút rất lớn. Khoảng 30-40% chất thải này
được xử lý, còn lại được xả thải trực tiếp ra môi trường. Lượng chất thải này
đa phần được xử lý bằng phương pháp làm hầm biogas, nhưng đa số hầm được
xây dựng chưa đúng quy trình, nên đã gây ra những vấn đề về môi trường đáng
báo động.
Mặt khác, phân thải ra từ các trại chăn nuôi là dạng cơ chất rất giàu dinh
dưỡng, hàm lượng đạm chiếm đến hơn 2%. Tuy nhiên, trong phân còn rất nhiều
hợp chất hữu cơ phân hủy dở dang từ đường ruột của động vật, khi bón vào đất,


5

trong môi trường kỵ khí, các hợp chất này tiếp tục phân hủy bởi các vi sinh vật
kỵ khí sinh ra rất nhiều axit hữu cơ và khí độc. Điều này góp phần làm chua đất
và gây ngộ độc hữu cơ cho cây trồng. Ngoài ra, trong phân có chứa nhiều vi
sinh vật có hại, nên nếu không xử lý trước khi đưa vào sử dụng sẽ gây bệnh cho
cây trồng.
Chính vì vậy, sử dụng phân chim cút để sản xuất phân hữu cơ vi sinh, phục
vụ sản xuất nông nghiệp sạch, nhằm đảm bảo sức khoẻ cho con người và phát
triển nông nghiệp một cách bền vững là điều hết sức cần thiết.
Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay đang hướng đến một nền sản xuất
nông nghiệp hiện đại, đầu tư phát triển theo hướng nông nghiệp sạch nhằm đảm
bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và thân thiện với môi trường đang là mục tiêu
phấn đầu của ngành nông nghiệp nói chung và nông dân nói riêng. Một trong
những biện pháp hữu hiệu để phát triển nông nghiệp bền vững là tận dụng phế
thải chăn nuôi để sản xuất phân hữu cơ vi sinh nhằm thay thế các hóa chất bảo
vệ thực vật và các loại phân hóa học góp phần bảo vệ môi trường, cải tạo đất
đồng thời nâng cao năng suất, chất lượng cây trồng và tăng khả năng cạnh tranh,
hiệu quả kinh tế cho sản xuất nông nghiệp.
Xuất phát từ những tình hình thực tế trên, chúng tôi chọn đề tài “nghiên
cứu quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút”
2. Mục tiêu đề tài
Xây dựng quy trình ủ phân compost từ phân chim cút.
Đánh giá được chất lượng phân chim cút đã qua quá trình ủ.


6
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả của nghiên cứu sẽ cung cấp dẫn liệu khoa học mới, có tính hệ thống
về sản xuất phân hữu cơ từ phân chim cút, có thể hướng đến việc sản xuất và
thương mại hóa loại phân hữu cơ này.

3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của nghiên cứu sẽ cung cấp cho người dân một quy trình đầy đủ để
có thể xử lý và tận dụng nguồn phân từ quá trình chăn nuôi chim cút và sử dụng
nguồn phân hữu cơ này vào việc trồng trọt của mình.


7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỮU CƠ (COMPOST)
1.1.1. Định nghĩa phân hữu cơ
Phân hữu cơ là tên gọi chung cho các loại phân được sản xuất từ các vật
liệu hữu cơ như: xác bã thực vật, chất thải động vật, phế phẩm nông nghiệp hay
công nghiệp bị chôn vùi trực tiếp vào đất hoặc ủ thành phân. Sau khi phân giải
có khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây. Quan trọng hơn nữa là có khả năng
tái tạo lớn. Phân hữu cơ không những làm tăng năng suât cây trồng mà còn có
khả năng tăng hiệu quả của phân bón hóa học, cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu
của đất. Kinh nghiệm trong quá trình sử dụng, nghiên cứu phân bón cho thấy
để đảm bảo năng suất cao và ổn định, việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng
chỉ dựa vào phân vô cơ là chưa đủ mà phải có hữu cơ ít nhất 25% trong tổng số
dinh dưỡng. Chất hữu cơ có tỷ lệ C/N cao được vùi trực tiếp trong đất không
qua xử lý, chức năng chủ yếu cải tạo đất thì được gọi là chất hữu cơ cải tạo đất.
Chất hữu cơ thông qua xử lý hoặc không qua xử lý có tỷ lệ C/N thấp thì được
gọi là phân hữu cơ [11].
Phân hữu cơ ảnh hưởng đến sự tuần hoàn nước trong đất, làm cho nước
thấm vào đất thuận lợi, khả năng giữ nước của đất cao, việc bốc hơi bề mặt
giảm đi, ngoài ra còn hạn chế đóng váng bề mặt. Bên cạnh đó, phân hữu cơ
đóng vai trò quan trọng trong việc phục hồi và nâng cao độ phì nhiêu của đất
thoái hóa. Khối lượng phân hữu cơ vùi vào đất càng lớn thì độ phì nhiêu phục
hồi càng nhanh [12].

Sau khi vùi phân hữu cơ vào đất thì tập đoàn sinh vật đất phát triển rất
nhanh, làm phong phú thêm tập đoàn sinh vật đất có lợi cũng như có hại. Chất
hữu cơ là môi trường sống tốt cho sinh vật sống và phát triển nhanh chóng, chất
mùn từ phân chuồng làm tăng hiệu quả cố định đạm của Rhizobium sp. và
Azotobactor sp. và khả năng nitrat của đất cũng tăng lên. Phân hữu cơ là sản


8
phẩm năng lượng, là nguồn thức ăn đối với vi khuẩn đất và cũng là nguồn cung
cấp vi sinh vật cho đất [9].
Nhờ acid humic trong phân hữu cơ mà nó giúp cây trồng hấp thụ chất dinh
dưỡng, các chất hữu cơ cũng là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây do mùn bị
phân hủy và tan các chất vô cơ trong đất. Chất hữu cơ không chỉ là nguồn dinh
dưỡng cung cấp cho cây trồng mà còn giúp đạt năng suất cao nhất nhờ con
đường khoáng hóa và cải tạo tính chất lý, hóa của đất. Nguồn đạm bổ sung cho
đất chủ yếu dựa vào nguồn phân hữu cơ và sự cố định đạm của các vi sinh vật
sống trong đất. Ngoài ra, bản thân phân hữu cơ có chứa các nguyên tố N, P, K,
Ca, Mg và nhiều nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng [15].
1.1.2. Các quá trình xảy ra trong khi ủ phân
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong phân diễn ra rất phức tạp, theo
nhiều giai đoạn và tạo nhiều sản phẩm trung gian.
Quá trình phân hủy protein:
Protein  peptides  amino acid  hợp chất ammonium  nguyên
sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3.
Quá trình phân hủy cacbonhydrat:
Cacbonhydrat  đường đơn  acid hữu cơ  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 [14]. Một cách tổng quát căn
cứ trên sự biến thiên nhiệt độ có thể chia quá trình ủ 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 với 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
phân và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh xảy ra


9
trong quá trình ủ hiếu khí và phân hủy kỵ khí được đặc trưng bởi hai phương
trình sau:
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 phân hủy diễn ra chậm, thích hợp cho sự hình thành
chất keo mùn (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, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất
thải) bị oxi hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat (NO3):
NH4+ + 3/2 O2  NO2- + 2H+ + H2O
NO2- +1/2 O2  NO3Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:
NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O
Mặt khác, trong mô tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặt
trưng cho quá trình tổng hợp:
NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O  C5H7NO2 + 5O2
Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:
22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+

Hình 1.1. Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ

10

1.1.3. Các vi sinh vật xuất hiện trong đống ủ
Trong quá trình ủ phân thông thường sẽ có hai quá trình xảy ra là quá trình
hiếu khí và quá trình kị khí, tùy theo mỗi quá trình mà sẽ có những vi sinh vật
phát triển đặc trưng cho quá trình đó.
a. Vi sinh vật trong quá trình hiếu khí
Quá trình ủ hiếu khí có sự tham gia của oxy không khí. Ở giai đoạn này các
vi sinh vật hiếu khí đóng vai trò chủ yếu, sau đó là các vi sinh vật kị khí tùy
tiện tham gia. Các vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt không tham gia trong giai
đoạn này. Vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm (trừ nấm men) đều tham gia vào quá trình
phân giải các chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí. Nấm men chỉ sử dụng được
đường đơn, đường đôi và ít phần đường ba, còn phân hủy các hợp chất cao
phân tử thì rất ít chủng có khả năng này.
Ở trong đất thấy đủ các nhóm vi sinh vật. Đối với đất thường xuyên canh
tác nhiều mùn tơi xốp, trung tính ta thấy số lượng vi sinh vật rất phong phú.
Lớp trên cùng khi cày xới bị ánh sáng mặt trời chiếu rọi, số lượng vi sinh vật
ít, nhưng lớp dưới khoảng 20cm thì rất nhiều. Ở đây ta thấy đủ mặt vi khuẩn,
vi nấm và xạ khuẩn. Xạ khuẩn và nấm mốc là những vi sinh vật hiếu khí. Ở
trong đất chúng cùng với vi khuẩn đóng vai trò quan trọng làm tăng độ phì của
đất cũng như làm sạch các chất ô nhiễm.
Trong đống ủ phân compost thì vi nấm và xạ khuẩn đóng vai trò quan trọng,
đặc biệt trong phân giải glucan và xylan. Đối với những vật liệu có độ ẩm từ
35%, vi nấm sẽ phát triển trước tiên, nếu độ ẩm tăng lên nữa thì vi khuẩn sẽ
phát triển cùng với nấm mốc và xạ khuẩn.
Trong số nấm mốc thì các nấm sợi thuộc lớp nấm bất toàn (Deutromycetes
sp.) và giống nấm túi (Ascomycetes sp.) phát triển ở pH khá rộng (2 – 11). Các
chi nấm sợi thường gặp như: Aspergillus sp, Penicillium sp, và Trichoderma

11
sp., … đây là những chủng nấm có khả năng sinh enzyme glucanase và xylanase
phân hủy xenlulozơ và hemixenlulozơ [16].
b. Vi sinh vật trong quá trình kỵ khí
Bacillus sp., Flavobacterium sp. và Pseudomonas sp. khá phổ biến. Ngoài
ra còn có Achoromobacter sp., Cellulomonas sp., Vibrio sp., Cellvibrio sp.,
Cytophaga sp., Agricoccus sp., Polyngium sp., Sporocytophaga sp., Saragium
sp., Archargium sp., Promyxobacterium sp., … .
Người ta còn thấy nhóm cổ khuẩn ưa nhiệt cũng xuất hiện trong giai đoạn
này. Xạ khuẩn có các giống Micromonospora sp., Proactinomyces sp.,
Actinomyces sp., Streptomyces sp., Tretosporangium sp., … .
Trong thực tế, các loại đống ủ xác động vật, thực vật khó có điều kiện kị
khí tuyệt đối. Trong đống ủ thường có các khe hở và dù đống ủ được phủ kín,
kể cả chôn lấp thì vẫn có không khí. Vì vậy thời gian đầu các đống ủ, bể ủ này
thường xảy ra các quá trình hiếu khí và khi không khí hết, CO2 sinh ra choáng
chỗ môi trường sẽ chuyển sang kị khí ở bên trong đống ủ, còn bên ngoài vẫn
có thể là hiếu khí.
Các vi sinh vật phát triển trong giai đoạn này là nhóm vi hiếu khí, kị khí
nghiêm ngặt và vẫn có sự có mặt của nhóm vi sinh vật hiếu khí (bên ngoài của
đống ủ) nhưng tất cả đều thuộc nhóm ưa ấm (40 – 50oC) hay ưa nhiệt độ cao
(>50oC) [20].
Những loài nấm ưa nhiệt thường xuất hiện như Chaetonium thermophile,
Humicola insolens, Humicola lanuginosus, Thermoascus aurantiacus,
Pealomyces-giả nấm và Aspergillus fumigatus,… chúng tham gia vào quá trình
phân giải tiếp tục xenlulozơ, hemixenlulozơ trong đống ủ.
Những vi khuẩn xuất hiện ở giai đoạn này như Pseudomonas denitrificans,
Bacillus licheniformis, Thiobacillus denitrificans, Ruminococcus flavefeciens,
R. albus, R. parvum, Bacteroides succinpgenes, Butyrivibrio fibrisolvens,

Clostridium cellobioparum, Methanobacterium omelianskii, Methanosarcina


12
barkerlii, Methanopropionicum,…Những vi khuẩn này bên cạnh khả năng tiết
enzyme phân giải glucan va xylan chúng còn có khả năng khử NO3- thành N2,
SO42- thành H2S, khử H2S thành S và biến đổi các chất hữu cơ như acid
propionic, acid acetic, acid butyric…thành khí metan CH4 vì vậy bên cạnh phân
hữu cơ người ta còn thu được cả khí đốt trong quá trình ủ phân compost từ rác
thải và phân [16].
1.1.4. Ưu điểm của phân hữu cơ
Phân bón hữu cơ được bán rộng rãi trên thị trường thế giới. Sử dụng phân
bón hữu cơ có thể tăng năng suất cây trồng lên rất nhiều. Sử dụng phân bón vi
sinh giúp trả lại độ phì nhiêu cho đất bằng cách làm tăng hàm lượng phospho
và kali dễ tan trong đất canh tác. Các nhà khoa học đã kết luận: sử dụng phân
hữu cơ vi sinh làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng sản phẩm tốt hơn, giảm
ô nhiễm của hàm lượng NO3-. Điều này cũng có nghĩa phân hữu cơ vi sinh đã
góp phần quan trọng trong việc cải tạo đất, đáp ứng cho một nền nông nghiệp
hữu cơ bền vững, xanh sạch và an toàn.
Góp phần làm giảm các vấn đề ô nhiễm môi trường, ít gây nhiễm độc hoá
chất trong các loại nông sản thực phẩm so với sử dụng phân bón hóa học. Giá
thành hạ. Có thể sản xuất được tại địa phương và giải quyết được việc làm cho
một số lao động, ngoài ra cũng giảm được một phần chi phí ngoại tệ nhập khẩu
phân hoá học. Hiệu quả của vi sinh vật trong việc làm tăng khả năng sinh trưởng
và phát triển cây trồng, tiết kiệm phân bón hoá học cũng như tăng năng suất,
chất lượng nông sản. Các sản phẩm vi sinh như phân bón vi sinh vật cố định
nitơ, phân giải photphat khó tan, chế phẩm vi sinh vật kích thích sinh trưởng
thực vật. Một số loại phân bón được nhà nước trợ giá nên giá thành phù hợp
với túi tiền của người nông dân [13].

13
1.1.5. Nhược điểm của phân hữu cơ
Phân hữu cơ vi sinh là loại phân bón hiệu quả chậm, nên được sử dụng chủ
yếu để bón lót. Đối với phân NPK, tùy thuộc vào tập quán bón phân và thực tế
canh tác có thể giảm đến 40-45% vào vụ thứ 3 khi sử dụng phân hữu cơ vi sinh,
từ vụ thứ 4 trở đi có thể duy trì mức giảm 40-50% lượng NPK thông thường.
Sự cạnh tranh giữa các thương hiệu gây chấn động về giá sản phẩm. Việc sử
dụng phân bón hóa học gây thoái hóa đất. Nếu sử dụng nhiều gây ra hiện tượng
ô nhiễm đất. Nguyên liệu tuy rất nhiều nhưng khó thu gom và xử lý. Nguồn
nguyên liệu sản xuất phân bón hóa học còn phụ thuộc nhiều vào nước ngoài.
Trình độ sản xuất còn yếu kém, chất lượng sản phẩm còn thấp [13].
1.1.6. Các phương pháp ủ phân hữu cơ (compost)
Có ba phương pháp ủ compost chính đó là ủ hiếu khí, ủ kị khí và ủ hiếu khí
kết hợp kị khí.
- Ủ hiếu khí: Thông thường nguyên liệu được ủ ở nơi rộng rải như sân, vườn
để đảm bảo được điều kiện thoáng khí cho đống ủ. Nguyên liệu được xếp thành
từng đống và không nén chặt để đảm bảo sự thoáng khí.
+ Nguyên lý hoạt động: dựa vào sự hoạt động mạnh mẽ của các vi sinh vật
hiếu khí.
- Ủ kị khí: Nguyên liệu thông thường được cho vào trong bao hay các bể
chứa và nén chặt để tạo điều kiện kị khí cho quá trình ủ.
+ Nguyên lý hoạt động: dựa vào sự hoạt động của các vi sinh vật kị khí sẽ
phân giải các hợp chất phức tạp thành những hợp chất đơn giản
Ủ hiếu khí kết hợp kị khí: Thực hiện ủ hiếu khí trong 5-6 ngày sau đó nén
chặt và thực hiện ủ kị khí.


14
1.1.7. Một số công nghệ ủ phân hữu cơ (compost) trong và ngoài

nước
Các mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn hiện nay trên thế giới được
phân loại theo nhiều cách khác nhau. Theo trạng thái của khối ủ compost tĩnh
hay động, theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay tự nhiên, có hay
không đảo trộn. Dựa trên đặc điểm, hệ thống ủ compost lại được chia thành hệ
thống mở và hệ thống kín, liên tục hay không liên tục. Mô hình ủ compost hệ
thống mở phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có kết
hợp thông khí cưỡng bức hoặc đảo trộn theo chu kỳ. Nhược điểm của hệ thống
mở là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết và thời gian ủ có thể kéo dài, thường chỉ áp
dụng ở quy mô nông trường, trang trại có diện tích mặt bằng lớn, xa khu đô
thị.
Đối với ủ compost quy mô công nghiệp trong các nhà máy lớn, hiện nay
trên thế giới thường áp dụng mô hình ủ compost hệ thống kín (hay hệ thống có
thiết bị chứa) giúp khắc phục được các nhược điểm của hệ thống mở, vận hành
và kiểm soát quá trình thuận tiện. Thông thường hệ thống ủ compost kín hiện
đại được thiết kế hoạt động liên tục, khí thải được xử lý bằng phương pháp lọc
sinh học (biofilter).
Các mô hình công nghệ ủ compost hệ thống kín thường được phân loại theo
nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòng vật
liệu.
Tại Việt Nam, một số mô hình xử lý chất thải rắn đô thị quy mô lớn cũng
đã được đầu tư trong những năm gần đây. Trong đó có các dự án sử dụng nguồn
vốn của Nhà nước và ODA, điển hình như tại Cầu Diễn – TP Hà Nội (năm
2002) áp dụng công nghệ của Tây Ban Nha và tại TP Nam Định (năm 2003) áp
dụng công nghệ của Pháp. Một số dự án sử dụng nguồn vốn tư nhân đều áp
dụng công nghệ trong nước như tại Thủy Phương - TP Huế (năm 2004) áp dụng
công nghệ An Sinh - ASC, tại Đông Vinh - TP Vinh (năm 2005) và TX Sơn


15

Tây - tỉnh Hà Tây (đang chạy thử nghiệm) áp dụng công nghệ Seraphin. Trong
đó, các mô hình công nghệ ủ compost áp dụng ở đây có thể chia thành các loại
hình cơ bản như sau:
Mô hình ủ compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục tại Cầu
Diễn, Nam Định, Thủy Phương. Thông thường hệ thống được điều khiển thông
khí tự động. Nói chung, các mô hình ủ compost kiểu này đều ở cấp độ đơn giản,
vẫn còn những nguy cơ phát sinh mùi ô nhiễm do hệ thống chưa khép kín.
Mô hình ủ compost kiểu luống động trong nhà kín tại Đông Vinh được thiết
kế hoạt động liên tục, đảo trộn theo chu kỳ ngắn. Trong đó hỗn hợp nguyên liệu
hữu cơ được đưa tới đầu vào của hệ thống, vận chuyển liên tục trong quá trình
ủ bằng cách đảo trộn và sau cùng sản phẩm được lấy ra ở đầu cuối của hệ thống.
Toàn bộ quá trình ủ compost ở đây được thực hiện trong nhà kín có thiết kế
thông khí và xử lý khí thải bằng “biofilter”. Luống ủ được thiết kế với kích
thước lớn và liên tục giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng, dễ vận hành.
Đây là loại mô hình công nghệ đơn giản với chi phí đầu tư không lớn. Tuy
nhiên những vấn đề khó khăn tại đây là hệ thống thiết bị chưa được đầu tư đồng
bộ và hiện đại, thiết bị đảo trộn không chuyên dụng có thể làm giảm hiệu quả
khi vận hành, thể tích nhà chứa lớn nên việc thu hồi và xử lý khí thải cũng là
vấn đề phức tạp, dễ ảnh hưởng đến môi trường làm việc bên trong.
Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng hiện đang nghiên cứu và áp
dụng tại TX Sơn Tây, theo phân loại là một trong những mô hình hiện đại tương
tự như các mô hình công nghệ của Hoa Kỳ.
Thiết bị ủ compost kín kiểu đứng được thiết kế theo nguyên lý hoạt động
liên tục, vật liệu ủ được nạp vào hàng ngày qua cửa nạp liệu ở phía trên và tháo
liệu từ phía đáy của thiết bị. Quá trình ủ compost diễn biến qua các giai đoạn
dọc theo chiều đứng của thiết bị. Việc thông khí trong quá trình ủ compost được
hỗ trợ nhờ hệ thống các ống phân phối đều bên trong thiết bị. Quạt hút bố trí ở


16

phía trên tạo sự chênh lệnh áp suất, nhờ đó khối ủ compost cũng được thông
khí dọc theo chiều đứng của thiết bị và theo hướng đối lưu từ dưới lên trên.
Toàn bộ khí thải quá trình ủ compost được thu hồi và xử lý bằng “biofilter”
giúp bảo vệ môi trường tốt hơn. Loại mô hình ủ compost này có nhiều ưu điểm,
thuận tiện trong việc vận hành tự động, giảm yêu cầu diện tích nhà xưởng bởi
tận dụng chiều cao thiết bị. Quá trình vận chuyển của vật liệu trong thiết bị nhờ
trọng lực, thông khí cũng chủ yếu nhờ hiệu ứng đối lưu tự nhiên giúp giảm chi
phí vận hành. Cấu trúc vận động của khối ủ bên trong thiết bị tạo ra các vùng
hoạt động tối ưu tương ứng với các giai đoạn của quá trình ủ compost, giúp
tăng cường hiệu quả, giảm thời gian quy trình và đảm bảo yêu cầu chất lượng
đối với sản phẩm. Thiết bị kiểu kín cũng giúp kiểm soát tốt hơn các điều kiện
môi trường cho hoạt động của vi sinh vật, dễ dàng kiểm soát mùi hôi. Ngoài ra
hệ thống được kết nối từ các thiết bị đơn vị thành module, thuận lợi cho việc
chế tạo, lắp đặt hay nâng cấp mở rộng công suất… .
Công nghệ An Sinh-ASC và Seraphin sẽ được các cơ quan quản lý
chức năng thẩm định, đánh giá, Nhà nước sẽ hỗ trợ kinh phí để hoàn thiện cho
phù hợp với điều kiện Việt Nam và sau đó sẽ nhân rộng áp dụng trong cả nước.

Hình 1.2. Mô hình ủ compost theo luống có thông khí cưỡng bức trên thế
giới


17
1.2. CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
PHÂN COMPOST HIẾU KHÍ
1.2.1. Các yếu tố vật lý
a. Nhiệt độ
Nhiệt sinh ra trong đống ủ là do hoạt động phân huỷ chất hữu cơ của vi sinh
vật. Sự gia tăng nhiệt trong đống ủ sẽ giúp chất hữu cơ nhanh hoai mục hơn.
Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá cao có thể làm vô hiệu quá hoạt động phân

huỷ của một số enzyme do vi sinh vật tiết ra để xúc tác phản ứng phân huỷ chất
hữu cơ. Mỗi loài vi sinh vật chỉ có thể phát triển và hoạt động tốt trong khoảng
nhiệt độ nhất định. Vi sinh vật có thể bị chết khi nhiệt độ đạt trên khoảng chịu
đựng. Do đó, trong quá trình ủ, yếu tố nhiệt độ đôi khi rất có lợi, có thể dùng
để loại trừ những loài vi sinh vật gây bệnh. Nếu nhiệt độ đống ủ đạt trên 700C
thì có thể tiêu diệt được phần lớn các mầm bệnh có trong vật liệu ủ phân hữu
cơ. Tuy nhiên nhiệt độ quá cao và kéo dài cũng tiêu diệt luôn cả các nhóm vi
sinh vật phân huỷ chất hữu cơ và làm giảm tốc độ hoai mục. Tốc độ phân huỷ
chất hữu cơ tối ưu trong khoảng 60 – 650C. Ở nhiệt độ cao trên 700C vẫn có thể
có một số vi sinh vật ưa nhiệt hiếu khí hoạt động nhưng mật số của chúng
thường thấp do lượng oxy trong đống ủ giảm ở nhiệt độ cao [18].
Nhiệt độ trong đống ủ thường tăng cao do sự phát nhiệt và sự lưu giữ nhiệt
của chính khối ủ. Nguyên nhân phát nhiệt do sự oxy hoá của một số chất béo
và khi hoá năng chuyển thành nhiệt năng trong hoạt động trao đổi chất và phân
huỷ hữu cơ của vi sinh vật. Sự phát nhiệt và nhiệt độ của đống ủ có mối quan
hệ điều chỉnh lẫn nhau. Khi hoạt động của vi sinh vật mạnh dẫn đến gia tăng
phát nhiệt và có thể làm nhiệt độ của khối ủ tăng cao. Nhiệt độ quá cao lại có
tác dụng nghịch là giảm hoạt động của vi sinh vật và dẫn đến giảm sự phát
nhiệt. Do đó đống ủ thường có nhiệt độ tối đa khoảng 80-820C. Nếu đống ủ
được quản lý tốt, nhiệt độ có thể được duy trì ở mức độ cao khoảng vài tuần


18
(ngoại trừ giai đoạn xới trộn). Do đó, yếu tố quan trọng nhất để theo dõi đống
ủ là nhiệt độ. Nhiệt độ đống ủ cần được theo dõi ít nhất là hàng tuần. Nhiệt độ
đống ủ và khả năng dẫn nhiệt của chất ủ đặc biệt quan trọng, liên quan đến khả
năng giữ nhiệt và sự phân bố đồng đều nhiệt trong khối ủ. Nguyên liệu ủ có ẩm
độ càng cao thì khả năng giữ nhiệt càng lớn. Do tính dẫn nhiệt của chất hữu cơ
thường thấp, ngược lại lượng nhiệt sinh ra trên mỗi đơn vị thể tích lại tương đối
cao nên nhiệt có xu hướng giữ lại hơn là mất đi do nhiệt bị dẫn thoát ra ngoài

đống ủ. Đống ủ có nhiệt độ quá cao cũng dẫn đến bất lợi cho hoạt động của vi
sinh vật và giảm tốc độ hoai mục chất hữu cơ. Do đó vấn đề quản lý nhiệt, làm
thế nào loại bỏ lượng nhiệt dư thừa trong quá trình ủ rất quan trọng [18].
Trên thực tế để loại bỏ nhiệt dư thừa sinh ra trong quá trình ủ người ta quản
lý thông qua hình dáng và kích thước của khối ủ để có thể tăng sự đối lưu tự
nhiên và bốc hơi nước. Một biện pháp hữu hiệu thường hay dùng là đảo trộn để
có thể vừa loại bỏ được nhiệt độ dư thừa và cung cấp thêm oxy cho hệ thống.
Nước cần thiết cho hoạt động sinh lý của vi sinh vật tham gia vào quá trình
phân huỷ chất hữu cơ. Nước đóng vai trò hoà tan muối và một số chất hữu cơ,
là môi trường sinh sống của vi sinh vật. Ẩm độ của nước có liên quan trực tiếp
đến sự trao đổi khí của đống ủ. Thừa ẩm độ làm giảm sự trao đổi khí, dẫn đến
thiếu oxy, thoát nhiệt kém. Tuy nhiên khi ẩm độ thấp có thể dẫn đến hạn chế
sự phát triển của vi sinh vật. Khả năng chịu hạn của vi khuẩn kém hơn nấm và
xạ khuẩn nhưng lại có vai trò quan trọng hơn trong phân huỷ chất hữu cơ ở giai
đoạn đầu của quá trình ủ. Trong trường hợp ủ hiếu khí, ẩm độ cao sẽ ngăn cản
quá trình thông khí và làm cho mẻ ủ trở nên yếm khí. Ẩm độ của nguyên liệu
từ 50 – 70% (trung bình là 60%) thích hợp cho ủ compost và nên giữ ẩm độ
cho đến cuối giai đoạn nhiệt độ cao [17].