Điều chế phân đạm lân vi sinh và đánh giá khả năng sử dụng sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HỐ HỌC

--------

PHAN THỊ TUYẾT NGA

ĐIỀU CHẾ PHÂN ĐẠM, LÂN VI SINH VÀ
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG SẢN PHẨM

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP
Chun ngành: Hố Vơ Cơ
Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Trúc Linh

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 5 - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HỐ HỌC

--------

PHAN THỊ TUYẾT NGA

ĐIỀU CHẾ PHÂN ĐẠM, LÂN VI SINH VÀ
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG SẢN PHẨM

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

Chun ngành: Hố Vơ cơ
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Trúc Linh

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 5 - 2019


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt q trình thực hiện khố luận, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của
thầy cô cùng bạn bè.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Trúc Linh, người đã trực
tiếp hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình học
tập và nghiên cứu, tạo điều kiện để tơi hồn thành khố luận.
Tơi cũng xin cảm ơn q thầy cơ trong Khoa Hố trường Đại học Sư phạm Thành
phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và trao cho tôi những kiến thức quý báu, tạo
nền tảng để tơi thực hiện khố luận.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ và giúp đỡ từ gia đình và bạn bè, họ đã tiếp
thêm động lực để tơi nỗ lực phấn đấu và hồn thành khoá luận.


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Sơ đồ 1.1: Quy trình sử dụng VSV phân giải lân ........................................................... 8
Sơ đồ 2.1: Quy trình tổng hợp phân nitrate vi sinh....................................................... 14
Sơ đồ 2.2: Quy trình tổng hợp phân nitrate, phosphate vi sinh ....................................14
Hình 3.1: Hàm lượng nitrate trong dịch ủ của hỗn hợp ruột cá và bã đậu nành theo
thời gian ......................................................................................................................... 21
Hình 3.2: Hàm lượng nitrate trong dịch ủ của hỗn hợp ruột vịt và bã đậu nành theo
thời gian ......................................................................................................................... 22
Hình 3.3: Hàm lượng nitrate biến thiên trong quá trình khảo sát hấp phụ bằng chất độn

bentonite và zeolite 4A theo thời gian ...........................................................................26
Hình 3.4: Hàm lượng phosphate biến thiên trong quá trình khảo sát hấp phụ bằng chất
độn bentonite và zeolite 4A theo thời gian ....................................................................27

i


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Khả năng phân giải hợp chất phosphorus khó tan của VSV .......................... 8
Bảng 1.2: Khả năng hịa tan lân của VSV ......................................................................8
Bảng 2.1: Q trình tạo phân dạng viên chứa muối nitrate với chất độn zeolite 4A ...16
Bảng 2.2: Quá trình tạo phân dạng viên chứa muối nitrate với chất độn bentonite .....17
Bảng 2.3: Quá trình tạo phân dạng viên chứa muối phosphate với chất độn zeolite 4A
.......................................................................................................................................18
Bảng 2.4: Quá trình tạo phân dạng viên chứa muối phosphate với chất độn bentonite
.......................................................................................................................................19
Bảng 3.1: Hàm lượng nitrate trong dung dịch ủ ruột cá và bã đậu nành theo thời gian
.......................................................................................................................................21
Bảng 3.2: Hàm lượng nitrate trong dung dịch ủ ruột vịt và bã đậu nành theo thời gian
.......................................................................................................................................22
Bảng 3.3: Hàm lượng nitrate và phosphate trong dịch ủ ruột cá và bã đậu nành trộn
muối NaH2PO4.2H2O.....................................................................................................24
Bảng 3.4: Hàm lượng nitrate và phosphate trong dịch ủ ruột vịt và bã đậu nành trộn
muối NaH2PO4.2H2O.....................................................................................................24
Bảng 3.5: Hàm lượng nitrate biến thiên trong quá trình khảo sát hấp phụ bằng chất
độn zeolite 4A theo thời gian ........................................................................................ 25
Bảng 3.6: Hàm lượng nitrate biến thiên trong quá trình khảo sát hấp phụ bằng chất
độn bentonite theo thời gian .......................................................................................... 25
Bảng 3.7: Hàm lượng phosphate biến thiên trong quá trình khảo sát hấp phụ bằng chất
độn zeolite 4A theo thời gian ........................................................................................ 26

Bảng 3.8: Hàm lượng phosphate tbiến thiên trong quá trình khảo sát hấp phụ bằng
chất độn bentonite theo thời gian ..................................................................................27
Bảng 3.9: Hàm lượng nitrate giải hấp của phân dạng viên với chất độn bentonite ......28
ii


Bảng 3.10: Hàm lượng nitrate giải hấp của phân dạng viên với chất độn zeolite 4A
ban đầu ........................................................................................................................... 29
Bảng 3.11: Hàm lượng nitrate giải hấp của phân dạng viên với chất độn zeolite 4A đã
acid hoá .......................................................................................................................... 30
Bảng 3.12: Hàm lượng phosphate giải hấp của phân dạng viên với chất độn bentonite
.......................................................................................................................................31
Bảng 3.13: Hàm lượng phosphate giải hấp của phân dạng viên với chất độn zeolite 4A
ban đầu ........................................................................................................................... 33
Bảng 3.14: Hàm lượng phosphate giải hấp của phân dạng viên với chất độn zeolite 4A
acid hoá .......................................................................................................................... 34
Bảng 3.15: Kết quả giải hấp nitrate NO−
3 theo thời gian............................................... 35
Bảng 3.16: Kết quả giải hấp phosphate PO3−
4 theo thời gian ....................................... 35

iii


MỤC LỤC
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ................................................................................i
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... ii
MỤC LỤC .....................................................................................................................iv
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................................ 3

I.1 Phân đạm.................................................................................................................3
I.1.1 Thành phần .......................................................................................................3
I.1.2 Tác dụng, vai trò ............................................................................................... 3
I.1.3 Phân đạm vi sinh .............................................................................................. 3
I.1.3.1 Điều chế .........................................................................................................4
I.1.3.2 Ứng dụng .......................................................................................................5
I.2. Phân lân..................................................................................................................6
I.2.1 Thành phần .......................................................................................................6
I.2.2 Tác dụng, vai trò ............................................................................................... 6
I.2.3 Phân lân vi sinh ................................................................................................ 7
I.2.3.1 Điều chế .........................................................................................................7
I.2.3.2 Ứng dụng .......................................................................................................9
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM ................................................................................13
II.1 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị..........................................................................13
II.1.1 Nguyên liệu ...................................................................................................13
II.1.2 Dụng cụ, thiết bị ............................................................................................ 13
II.2 Quá trình xử lí dịch ủ hỗn hợp ruột vịt, ruột cá và bã đậu nành.......................... 13
II.3 Q trình xử lí dịch ủ có bổ sung muối phosphate vơ cơ ....................................14
II.4 Quy trình thực nghiệm với các chất độn zeolite 4A và bentonite ....................... 14
II.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của chất độn trong sản xuất phân dạng viên .....14
II.4.1.1 Hấp phụ nitrate ........................................................................................... 14
II.4.1.2 Hấp phụ phosphate ..................................................................................... 15
II.4.2 Khảo sát khả năng giải hấp của chất độn trong sản xuất phân dạng viên .....15
II.4.2.1 Giải hấp nitrate ........................................................................................... 15
II.4.2.2 Giải hấp phosphate ..................................................................................... 17
3−
II.5 Phương pháp phân tích chỉ số NO−
3 và PO4 ...................................................... 19

iv

II.5.1 Đo hàm lượng nitrate ....................................................................................19
II.5.2 Đo hàm lượng phosphate ..............................................................................19
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN............................................................ 21
III.1 Khảo sát biến thiên hàm lượng nitrate trong các dịch ủ theo thời gian .............21
III.1.1 Hỗn hợp ruột cá và bã đậu nành ..................................................................21
III.1.2 Hỗn hợp ruột vịt và bã đậu nành..................................................................21
III.2 Khảo sát biến thiên hàm lượng nitrate trong các dịch ủ (có bổ sung muối
phosphate vơ vơ) theo thời gian .................................................................................24
III.3 Khảo sát khả năng sử dụng các chất độn bentonite và zeolite 4A trong sản xuất
phân dạng viên ...........................................................................................................25
III.3.1 Khảo sát khả năng hấp phụ nitrate và phosphate trên các chất độn ............25
III.3.1.1 Hấp phụ nitrate ......................................................................................... 25
III.3.1.2 Hấp phụ phosphate ...................................................................................26
III.3.2 Khảo sát khả năng giải hấp nitrate và phosphate của phân dạng viên ........28
III.3.2.1 Giải hấp nitrate ......................................................................................... 28
III.3.2.2 Giải hấp phosphate ...................................................................................31
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................... 36
CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................37

v


MỞ ĐẦU
Nông nghiệp là một trong những tiềm lực phát triển kinh tế của Việt Nam. Nước ta
vốn xuất thân từ nền nông nghiệp trồng trọt lúa nước trải dài từ Bắc đến Nam nên
không thể bỏ qua hai mũi nhọn chính là đồng bằng sơng Hồng và đồng bằng sơng Cửu
Long. Nhờ có diện tích đất đai lớn, khí hậu nhiệt đới thuận lợi, nguồn nước dồi dào từ
ao, hồ, sông, suối… mà nước ta phát triển đa dạng các loại cây trồng, từ cây lương

thực thực phẩm như lúa, ngô, bắp, sắn… đến cây ăn quả như thanh long, xoài, cam,
táo và các loại cây chè, cà phê. Trong đó có nhiều mặt hàng được xuất khẩu đến các
nước khác trên thế giới. Để đem lại hiệu quả kinh tế cao từ sản xuất nông nghiệp, yếu
tố phân bón nhằm tăng năng suất cây trồng là điều khơng thể thiếu.
Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón ở Việt Nam và các nước khác trên thế giới
không cao do bị mất mát bởi nhiều nguyên nhân như sự bay hơi, q trình rửa trơi, xói
mịn… Muốn khai thác hiệu quả tiềm năng dinh dưỡng của đất trồng trong nơng
nghiệp nhằm hạn chế dần việc bón bổ sung những loại phân hố học hay các loại
khống vơ cơ khác, hạn chế tối đa những ảnh hưởng không tốt đến biến đổi khí hậu mà
do chính q trình sản xuất nông nghiệp gây ra, các nhà khoa học trong lĩnh vực trồng
trọt đã nghiên cứu và cho ra đời công nghệ vi sinh và công nghệ enzyme để phát huy
vai trị của các vi sinh vật (VSV) nhằm chuyển hố các hợp chất khó tan, khó tiêu
thành những chất dinh dưỡng mà hệ rễ của cây trồng dễ hấp thu hơn [5, 14]. Theo Tiêu
chuẩn Việt Nam năm 1996 (TCVN 6169-1996) định nghĩa: “Phân bón vi sinh vật (gọi
tắt là phân vi sinh) là sản phẩm chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống, đã được
tuyển chọn có mật độ đạt theo tiêu chuẩn hiện hành. Thông qua các hoạt động của
chúng sau q trình bón vào đất tạo nên các chất dinh dưỡng mà cây trồng sử dụng
được (N, P ,K, . . .) hay các hoạt chất sinh học, góp phần nâng cao năng suất và (hoặc)
chất lượng nông sản. Phân vi sinh bảo đảm không gây ảnh hưởng xấu đến người, động
thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản”.
Đối với nước nông nghiệp như Việt Nam việc sử dụng phân bón trong sản xuất
nông nghiệp đặc biệt cần thiết. Vấn đề đặt ra là tạo được loại phân bón vừa cung cấp
chất dinh dưỡng cho cây trồng trong một thời gian dài, chống bị rửa trôi, vừa thân
1


thiện với môi trường, giá thành thấp và dễ vận hành. Liên hệ đến một vấn đề khác ở
Việt Nam, các chất thải hữu cơ ít được tận dụng như: bã đậu, vỏ các loại hạt, nội tạng
động vật, đồ ăn thừa,… Thông thường chúng sẽ bị vứt đi và được thu lại để phân huỷ
thông qua hệ thống máy móc. Điều này cần tiêu tốn một khoảng chi phí lớn nhằm đầu

tư và vận hành các thiết bị xử lí rác thải. Hơn nữa, tại các vùng nơng thơn ý thức người
dân còn chưa được cao, việc xả thẳng chất thải xuống ao hồ hay chôn lấp dưới đất, nếu
khơng xử lí kịp thời sẽ gây ra các vấn đề ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng hệ sinh thái.
Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy rằng việc tận dụng các nguồn phế
phẩm trong sản xuất và sinh hoạt hằng ngày nhằm tạo ra nguồn đạm, lân cho phân bón
đem đến những kết quả khả quan [2, 4, 9, 10]. Không chỉ giải quyết được vấn đề môi
trường mà cịn có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế. Bên cạnh đó, một số nhà khoa học Nhật
Bản, Australia, Thái Lan và Việt Nam đã nghiên cứu phối chế phân đạm với một số
loại bột quặng tự nhiên như silicone, zeolite để sản xuất phân đạm chậm tan. Các sản
phẩm này dựa trên cơ chế liên kết hoá học mà nhờ đó làm giảm tốc độ tan của phân
đạm, giảm sự mất đạm do trực di và do chuyển hố để thành NH3 hoặc N2 bay hơi vào
khí quyển. Cơng nghệ này cũng góp phần tiết kiệm lượng đạm bón vào từ 20-30% [5,
13].
Dựa vào những quan sát trên, chúng tôi chọn ra hướng nghiên cứu trên đối tượng bã
đậu nành, ruột cá, ruột vịt để tổng hợp phân vi sinh với tên đề tài “Điều chế phân đạm,
lân vi sinh và đánh giá khả năng sử dụng sản phẩm” nhằm giải quyết được 2 vấn đề:
tận dụng nguồn chất thải hữu cơ, bảo vệ môi trường và tạo ra sản phẩm phân bón phục
vụ ngành nơng nghiệp.

2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.1 Phân đạm
I.1.1 Thành phần
Phân đạm là tên gọi chung để chỉ các loại phân bón có chứa nguyên tố nitrogen.
Căn cứ vào gốc chứa nitrogen mà phân thành 2 loại, loại chứa gốc ammonium (NH4+ )
gọi là phân ammonium và loại chứa gốc nitrate (NO−
3 ) gọi là phân nitrate.
Một số loại phân đạm thường gặp :

- Ammonium sulfate (NH4)2SO4 hay còn gọi là phân SA: chứa 21,21%N [12].
- Urea [CO(NH2)2]: chứa 46,6% N ở dạng amine (NH2) [12].
- Ammonium nitrate: (NH4NO3): chứa 35%N ở cả 2 dạng NH4+ và NO−
3 [12].
I.1.2 Tác dụng, vai trò
Nitrogen là một nguyên tố quan trọng bậc nhất trong các ngun tố cấu tạo nên sự
sống. Nitrogen khơng chỉ có trong thành phần tất cả các protein đơn giản và phức tạp,
mà nó cịn là thành phần chính của màng tế bào thực vật, tham gia vào thành phần của
acid nucleic (tức ADN và ARN), có vai trị cực kỳ quan trọng trong trao đổi vật chất
của các cơ quan thực vật. Ngồi ra, nitrogen có trong thành phần của diệp lục tố, mà
thiếu nó cây xanh khơng có khả năng quang hợp, có trong các hợp chất alcaloid và
trong nhiều vật chất quan trong khác của tế bào thực vật.
Khi thiếu nitrogen, cây sinh trưởng phát triển kém, diệp lục khơng hình thành, lá
chuyển màu vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, hoạt động quang hợp và tích lũy giảm
sút nghiêm trọng dẫn tới suy giảm năng suất [1]. Vì vậy bón phân đạm có ý nghĩa quan
trọng đối với cây trồng.
I.1.3 Phân đạm vi sinh
Ngày nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp phân đạm từ các chất thải hữu cơ.
Một trong số đó là việc dùng chế phẩm sinh học phối trộn với các nguyên liệu nhằm
thúc đẩy quá trình lên men, phân giải các chất nhờ quá trình hoạt động của các VSV.
Chế phẩm vi sinh là sự bổ sung các chất có chứa VSV sống có lợi đối với vật ni
bằng cách biến đổi hệ VSV xung quanh hoặc liên quan đến vật chủ, bằng cách nâng
3


cao khả năng sử dụng thức ăn hay nâng cao giá trị dinh dưỡng của thức ăn, đáp ứng
nhu cầu của vật nuôi hay cải thiện chất lượng môi trường xung quanh thơng qua q
trình phân huỷ các chất hữu cơ trong nước nhanh hơn.
Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ chất thải sinh hoạt và phế thải nông nghiệp được
kế thừa từ phương pháp ủ phân truyền thống của bà con nơng dân. Chúng tơi xin được

trích dẫn 2 phương pháp tạo ra phân đạm dưới đây, trong đó có 1 phương pháp phổ
biến mà các hộ nơng dân sử dụng và phương pháp cịn lại do nhóm tác giả Nguyễn
Văn Thao đã thực hiện [10].
I.1.3.1 Điều chế
I.1.3.1.1 Phương pháp phổ biến
a. Nguyên liệu
- Phế thải từ cá (lòng, đầu, ruột và các nội tạng của cá)
- Chế phẩm Emuniv
- Mật rỉ đường
- Nước sạch
b. Cách tiến hành
Quy trình ủ phân cá khơng mùi hơi bằng chế phẩm vi sinh được thực hiện theo
nguồn:
- Bước 1: Tạo men thứ cấp bằng cách trộn đều hỗn hợp sau: 3 lít nước sạch, 200g
emuniv. Để trong 24 giờ.
- Bước 2: Xay nhuyễn nguyên liệu cá, trộn đều với mật rĩ đường.
- Bước 3: Cho tất cả nguyên liệu vào thùng sơn, sau đó đổ nước men vi sinh đã làm ở
bước 1 vào. Khuấy đều thành hỗn hợp sệt, đậy nắp kín tạo mơi trường yếm khí.
- Bước 4: Trong vòng 1 tuần đầu, 3 ngày đảo 1 lần. Từ sau cách 5 đến 6 ngày đảo 1
lần. Sau 30 đến 40 ngày có thành phẩm.
- Bước 5: Pha loãng phân thành phẩm với nước sạch đem phun (tưới) cho cây trồng.
4


c. Kết quả
Cây lớn nhanh, lá xanh dày, gia tăng năng suất và chất lượng sản phẩm sau khi thu
hoạch.
I.1.3.1.2 Phương pháp của nhóm tác giả Nguyễn Văn Thao
a. Nguyên liệu
- Bã nấm

- Phân gà
- Chế phẩm vi sinh vật CPVSV3 gồm các chủng VSV: Bacillus subtilis, Streptomyces
sp. F, Aspergillus oryzae, Kluyveromyces marxianus, Trichoderma spp.
b. Cách tiến hành
- Trộn đều hỗn hợp 180 kg bã nấm và 120 kg phân gà vào bể ủ.
- Đặt một ống nhựa có chiều dài 1m và đục lỗ xung quanh ống vào giữa bể ủ để đo
nhiệt độ.
- Hỗn hợp bã nấm và phân gà được rải thành lớp dày 30 cm, sau đó tưới dịch
CPVSV3, làm liên tục cho đến khi hết khối lượng vật liệu.
- Ủ trong vòng 60 ngày. Định kỳ 10 ngày đo nhiệt độ bể ủ 1 lần.
c. Kết quả
Đối với phương pháp của nhóm tác giả Nguyễn Văn Thao, xử lí phân gà và bã nấm
bằng CPVSV3 đạt kết quả hàm lượng dinh dưỡng cao. Hiệu quả của phân vi sinh được
đánh giá qua một số chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển, năng suất ở thời điểm thu hoạch
khi dùng để bón cây cải chíp. Kết luận của tác giả đưa ra cho thấy sử dụng phân hữu
cơ sinh học chế biến từ chất thải hữu cơ giúp cây đạt năng suất thực thu và hiệu suất
phân hữu cơ cao hơn so với bón phân chuồng [10].
I.1.3.2 Ứng dụng
Phương pháp tạo phân đạm vi sinh này ứng dụng cơng nghệ mới - cơng nghệ xử lí
rác thải bằng VSV yếm khí. Nhờ đó rút ngắn được thời gian ủ, đồng thời, các hợp chất
5


protein có trong các nguyên liệu hữu cơ phân huỷ tốt. Lượng nitrate được giải phóng
cung cấp nguồn đạm dùng làm chất dinh dưỡng cho cây trồng.
Với 2 phương pháp đã đưa ra, chúng tôi đúc kết được ưu và nhược điểm như sau:
Ưu điểm: Đây được xem là phương pháp đơn giản, dễ làm, khơng địi hỏi cơng
nghệ hay thiết bị phức tạp. Ngoài việc đem lại nguồn thu nhập cho các hộ dân còn tạo
ra được sản phẩm phục vụ nông nghiệp. Việc sản xuất phân hữu cơ từ chất thải không
những tạo ra được một loại phân hữu cơ sinh học có chất lượng tốt mà cịn góp phần

nâng cao ý thức vệ sinh mơi trường sống ở khu dân cư, giảm khối lượng rác hữu cơ
chôn lấp, tiết kiệm chi phí xử lí rác thải và góp phần giải quyết vấn nạn ơ nhiễm mơi
trường đang ngày càng gia tăng.
Nhược điểm: Trong quá trình ủ yếm khí, hoạt động của các VSV trong mẫu gây ảnh
hưởng đến quá trình phân giải. Lượng nitrogen tổng trong nguyên liệu đầu vào khơng
chuyển hố hết thành đạm mà có thể bị chuyển hoá sang các dạng tồn tại khác. Khơng
kiểm sốt được sự gia tăng của các VSV có hại trong mẫu phân.
I.2. Phân lân
I.2.1 Thành phần
Phân lân là từ dùng để chỉ các loại phân hố học có chứa phosphorus. Cung cấp
2−
phosphorus hoá hợp cho cây dưới dạng ion H2PO−
4 và HPO4 .

Một số loại phân lân thường gặp:
- Super lân Ca(H2PO4)2: super lân đơn chứa 17 – 18% khối lượng P2O5, super lân kép
chứa 37 – 47% khối lượng P2O5 [12].
- Phân lân nung chảy (Thermo phosphate): 18 – 20% khối lượng P2O5, 15% khối
lượng MgO, ngoài ra còn chứa vi lượng iron, copper, molypdenum, manganese, cobalt
[12].
I.2.2 Tác dụng, vai trị
Phân lân đóng vai trị quan trọng trong quá trình phát triển của cây. Lân tham gia
vào thành phần các enzyme, các protein, tham gia vào quá trình tổng hợp các acid
amine. Lân kích thích sự phát triển của rễ cây, làm cho rễ ăn sâu và lan rộng ra xung
6


quanh, tạo điều kiện cho cây chống chịu được hạn và ít đổ ngã. Ngồi ra lân kích thích
q trình đẻ nhánh, nảy chồi, thúc đẩy cây ra hoa kết quả sớm và nhiều.
Khi thiếu lân, lá cây ban đầu có màu xanh đậm, sau chuyển màu vàng, hiện tượng

này bắt đầu từ các lá phía trước, và từ mép lá vào trong. Thiếu lân không những làm
cho năng suất cây trồng giảm mà còn hạn chế hiệu quả của phân đạm [1].
I.2.3 Phân lân vi sinh
Trong quá trình tìm đọc tại liệu, chúng tôi nhận thấy tại Việt Nam chưa có nhiều
nghiên cứu về việc chế tạo phân lân vi sinh được cơng bố. Tuy nhiên, có rất nhiều
cơng trình nghiên cứu về VSV phân giải lân có khả năng hịa tan nhiều hợp chất
phosphorus khó tan khác nhau, có tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng lân khống cho
cây trồng.
Sau đây là tóm tắt quy trình nghiên cứu sử dụng VSV phân giải lân của nhóm tác
giả Phạm Văn Toản, Phạm Bích Hiên [15].
I.2.3.1 Điều chế
a. Nguyên liệu
- Chế phẩm vi sinh vật phân giải lân
- NaCl, Ca3(PO4)2
- Cây trồng: lúa, khoai tây
b. Cách tiến hành
- Quy trình được thực hiện theo TCVN 6167:1996 Phân bón vi sinh vật phân giải hợp
chất phosphorus khó tan.

7


Lấy mẫu

Xác định hiệu quả của
phân bón VSV phân
giải hợp chất khó tan

Kiểm tra mật độ VSV

Đo đạc, thu kết quả
Sơ đồ 1.1: Quy trình sử dụng VSV phân giải lân
c. Kết quả
Với nghiên cứu của nhóm tác giả này, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến các kết quả
liên quan đến chủng vi sinh vật Bacillus.
Bảng 1.1: Khả năng phân giải hợp chất phosphorus khó tan của VSV
VSV
Bacillus polymixa
Pseudomonas
Aspergillus awamori
Candida

Khả năng hình thành vịng phân giải lân
Ca3(PO4)2
Apatite
Phosphorusrite
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

Bảng 1.2: Khả năng hòa tan lân của VSV

Hợp chất
phosphorus
Ca3(PO4)2
FePO4
Phosphorusrite

P2O5 trong dung dịch nuôi cấy (% so với lân tổng số)
Đối chứng Bacillus
Candida
Pseudomonas Penicillium
0,05
35,50
35,55
30,15
35,16
0,42
59,70
59,33
25,30
32,15
0,75
44,97
42,43
39,30
44,97

Dựa vào số liệu từ 2 bảng trên cho thấy chủng VSV Bacillus đạt hiệu quả trong
phân giải hợp chất phosphorus và hịa tan lân. VSV Bacillus khơng chỉ phân giải
tricalcium phosphate mà còn cả muối phosphate của các kim loại aluminium, iron và
các dạng khác kể cả quặng. VSV này cịn có khả năng khống hố các hợp chất lân

hữu cơ tạo ra sản phẩm mà cây trồng có thể hấp thụ được [15].
8


I.2.3.2 Ứng dụng
Phân bón chứa 2 thành phần nitrogen và phosphorus, đây là 2 nguyên tố đa lượng,
có thể dùng làm phân bón cho cây trồng. Hoặc làm chất dinh dưỡng bổ sung cho phân
bón khác.
Ưu điểm: Quy trình đơn giản, tận dụng được nguồn nguyên liệu có sẵn. Nhờ kết
hợp thêm muối phosphate, phân được tạo ra có hàm lượng dinh dưỡng đạm và lân.
Phân bón vi sinh này đảm bảo được tính an tồn và thân thiện với môi trường
Nhược điểm: Do hoạt động của các VSV ảnh hưởng đến sự phân giải các chất,
lượng phosphorus có thể bị hao hụt. Ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như giá trị dinh
dưỡng của phân bón.
 Tổng qt
Sau khi tìm hiểu về quy trình tổng hợp phân đạm, lân vi sinh chúng tôi nhận thấy
hầu hết các nghiên cứu đều dùng thêm chế phẩm sinh học. Dựa vào hoạt động của
VSV để phân giải các chất hữu cơ hay chuyển hoá chúng thành các dạng chất theo
mong muốn, đáp ứng được lượng dinh dưỡng trong phân bón cho cây trồng.
Vì sử dụng chế phẩm VSV nên việc chọn môi trường là điều cần được quan tâm. Có
2 cách ủ VSV trong mơi trường yếm khí và hiếu khí.
 Hiếu khí
Đây là quá trình thanh lọc sinh học tự nhiên, trong đó vi khuẩn phát triển mạnh
trong mơi trường giàu oxy và phân huỷ các chất thải.
-

Q trình oxi hố (hay dị hố):

(COHNS) + O2 + vi khuẩn hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng
lượng

-

Quá trình tổng hợp (đồng hoá):

(COHNS) + O2 + vi khuẩn hiếu khí + năng lượng → C5H7O2N (tế bào vi khuẩn
mới)
 Yếm khí
Đây là q trình phân huỷ sinh học chất hữu cơ của VSV yếm khí trong mơi
trường khơng có oxy.

9


(COHNS) + vi khuẩn yếm khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4 + các chất khác +
năng lượng
(COHNS) + vi khuẩn yếm khí + năng lượng → C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới)
Ghi chú: C5H7O2N là công thức hố học thơng dụng để đại diện cho tế bào vi
khuẩn.
Mặc dù vi khuẩn hiếu khí rất hiệu quả trong việc phân huỷ các phế phẩm nhưng
phân huỷ hiếu khí cũng tạo ra một lượng đáng kể năng lượng. Một phần năng lượng
được sử dụng bởi các VSV để tổng hợp và phát triển của VSV mới, gây nên tình trạng
khó kiểm sốt [6, 7]. Hơn nữa, q trình này khiến các tác nhân bên ngồi mơi trường
xâm nhập, gây ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như chất lượng sản phẩm. Do đó, chúng
tơi quyết định chọn phương thức ủ yếm khí. Đây là biện pháp phù hợp trong điều kiện
phịng thí nghiệm nhỏ, giúp hạn chế tiêu tốn chi phí năng lượng và khí thốt ra bên
ngồi trong q trình phân huỷ, gây ảnh hưởng đến mơi trường khơng khí xung quanh.
Tuy các đề tài trong nước về điều chế phân lân vi sinh chưa được nhiều, nhưng trong
các quá trình điều chế phân đạm vi sinh, người ta vẫn phối trộn thêm các muối vô cơ
của phosphate nhằm đa dạng hoá giá trị dinh dưỡng cho cây trồng, đem lại năng suất
và hiệu quả cao. Dựa vào các tài liệu đã tham khảo và kết quả nghiên cứu của nhóm

tác giả Phạm Văn Toản, Phạm Bích Hiên, chúng tôi nhận thấy chủng VSV Bacillus
mang lại hiệu quả trong việc phân giải muối phosphorus khó tan. Hơn nữa, Bacillus là
VSV có trong cơ thể các loại sinh vật và có khả năng phân giải protein [7]. Điều này
đặc biệt có ý nghĩa trong điều chế phân đạm, lân vi sinh mà không cần dùng chế phẩm
sinh học khác. Việc tận dụng chủng VSV có sẵn trong chất thải hữu cơ từ động vật
giúp cắt giảm chi phí cho người sản xuất và hạn chế được rủi ro khi sử dụng chế phẩm
VSV. Đây là lí do chúng tơi quyết định chọn quy trình điều chế phân đạm, lân vi sinh
trên đối tượng ruột cá, ruột vịt và bã đậu nành với biện pháp ủ yếm khí.
Để đánh giá khả năng sử dụng sản phẩm, dịch ủ được trộn với chất độn tạo phân
dạng viên. Chất độn được khảo sát là zeolite 4A và bentonite. Đây là 2 loại vật liệu
phổ biến ở Việt Nam, có giá thành khơng q cao và có mạng lưới cấu trúc khơng gian
3 chiều lớn.
 Zeolite 4A

10


Zeolite là tên chung chỉ một họ vật liệu khoáng vơ cơ có cùng thành phần là
aluminosilicate. Nó có mạng lưới anion cứng chắc với các lỗ xốp và các kênh mao
quản chạy khắp mạng lưới, giao nhau ở các khoang trống. Các khoang trống chứa các
ion kim loại có thể trao đổi được (Na+, K+) với các phân tử bên ngồi xâm nhập vào.
Các khoang trống này có kích thước khoảng 0,2-2 nm nên zeolite được xếp vào loại
vật liệu vi mao quản.
Công thức tổng quát của zeolite : Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y].mH2O
Hay dưới dạng hỗn hợp oxit : M2/nO.Al2O3.xSiO2.mH2O
Với M là cation bù có hố trị n, x là tỉ lệ giữa SiO2/Al2O3 và m là số mol H2O nằm
trong các hốc trống.
Zeolite có bộ khung được hình thành từ mạng lưới không gian 3 chiều dựa trên
những đơn vị cấu trúc cơ bản MO4 là tứ diện silica [SiO4]4- và tứ diện alumina [AlO4]5liên kết với nhau qua các đỉnh oxygen chung. Các đơn vị cấu trúc sơ cấp là giống nhau
trong mọi loại zeolite (tâm là silicone hoặc aluminium, đỉnh là oxygen). Các tứ diện có

thể dùng chung các số oxygen khác nhau tạo nên các đơn vị cấu trúc thứ cấp khác
nhau, điều đó làm cho zeolite trở nên đa dạng. Khi tất cả oxygen trong tứ diện SiO4 đã
được dùng chung thì tứ diện silica sẽ trung hòa điện. Sự thay thế Si (IV) bằng Al (III)
làm xuất hiện trong cấu trúc zeolite một điện tích âm. Để trung hịa điện tích âm đó, tại
các rãnh và hốc của bộ khung thường chứa các cation trao đổi, thường là cation kim
loại kiềm như Na+, K+. Nếu zeolite có bao nhiêu ngun tử nhơm thì sẽ có bấy nhiêu
nguyên tử cation bù trừ. Trong quá trình tổng hợp, người ta có thể đưa chúng vào
trong mạng lưới của zeolite ngay khi hoặc trước khi đang diễn ra. Các cation này nằm
bên ngồi khung hầu như khơng tn theo tính đối xứng cao của bộ khung nên chúng
thường được gọi là “phần mất trật tự”.
Đối với zeolite 4A, cation được thêm vào là Na+, ion này nằm lệch so với tâm đối
xứng của vịng 8 oxygen nên có đến 4 vị trí tồn tại như nhau của ion Na+ xung quanh
tâm của vịng. Tuy nhiên chỉ có duy nhất một ion Na+ cho một vòng nên ion này có thể
di chuyển trong 4 vị trí tương đương đó. Hoặc khi ion Na+ được cố định thì nó sẽ
chiếm giữ những vị trí khác nhau trong những vịng khác nhau [8].
11


 Bentonite
Bentonite là loại khống sét thiên nhiên, thuộc nhóm smectite. Thành phần chính
của bentonite là montmorillonite (MMT), ngồi ra cịn có một số khống chất khác
như quartz, cristobalite, feldspar, biotite, kaolinite, illite, pyroxene, zircon, calcite,…
Đơi khi người ta cịn gọi khống bentonite là montmorillonite. Cơng thức đơn giản
nhất của montmorillonite là Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc.
Cơng thức lí tưởng của montmorillonite là Si8Al4O20(OH)4 cho một đơn vị cấu trúc.
Tuy nhiên thành phần hoá học của montmorillonite ln khác với thành phần biểu diễn
theo lí thuyết do có sự thay thế đồng hình của các cation kim loại như Al3+, Fe2+,
Mg2+,… với ion Si4+ trong tứ diện SiO4 và Al3+ trong bát diện AlO6.
Cấu trúc mạng tinh thể của montmorillonite gồm hai lớp, trong đó có lớp Al2O3
(hoặc MgO) bát diện ở trung tâm giữa hai lớp SiO2 tứ diện ở đầu nguyên tử oxygen vì

thế nguyên tử oxygen của lớp tứ diện cũng thuộc lớp bát diện. Nguyên tử silicone
trong lớp tứ diện thì phối trí với 4 nguyên tử oxygen định vị ở bốn góc của tứ diện.
Nguyên tử aluminium (hoặc magnesium) trong lớp bát diện thì phối trí với 6 ngun tử
oxygen hoặc nhóm hydroxyl (OH) định vị ở 6 góc của bát diện đều. Ba lớp này chồng
lên nhau hình thành một tiểu cầu sét hoặc một đơn vị cơ sở của nanoclay. Bề dày của
tiểu cầu có kích thước khoảng 1 nm (10 Å) và chiều dài của tiểu cầu thay đổi từ hàng
trăm đến hàng nghìn nm. Trong tự nhiên, những tiểu cầu sét sắp xếp chồng lên nhau
tạo thành khoảng cách giữa các lớp, khoảng cách này thường được gọi là khoảng cách
Van Der Waals, là khoảng không gian giữa hai lớp sét [11].

12


CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
II.1 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
II.1.1 Nguyên liệu
- Các chất thải hữu cơ: ruột cá, ruột vịt, bã đậu nành
- Bentonite (Việt Nam)
- Zeolite 4A (Việt Nam)
- Sodium dihydrogen phosphate dihydrate (NaH2PO4.2H2O, M = 156.01, Trung Quốc)
- Trisodium phosphate dodecahydrate (Na3PO4.12H2O, M = 380.13, Trung Quốc)
- Ammonium nitrate (NH4NO3, M = 80.04, Trung Quốc)
- Polyvinyl alcohol (PVA-124, Trung Quốc)
II.1.2 Dụng cụ, thiết bị
- Cốc thuỷ tinh, đũa thuỷ tinh
- Pipet
- Cân kỹ thuật
- Máy khuấy từ Benchmark
- Máy sấy
- Máy đo quang Palintest PHOTOMETER 7100

II.2 Q trình xử lí dịch ủ hỗn hợp ruột vịt, ruột cá và bã đậu nành
- Làm sạch nguyên liệu gồm ruột cá, ruột vịt, bã đậu nành. Sau đó cắt nhỏ. Tạo các
hỗn hợp của ruột cá:bã đậu nành và ruột vịt:bã đậu nành theo các tỉ lệ 1:0, 1:1,1:2, 2:1,
0:1 cho vào hũ bi rồi đặt vào hệ thống ủ nhiệt.
- Quy trình tổng hợp phân nitrate được thể hiện qua sơ đồ:

13


Làm sạch nguyên liệu (ruột
cá, ruột vịt, bã đậu nành)
Cắt nhỏ, nghiền nhuyễn
Phối trộn theo tỉ lệ xác định
Đo hàm lượng nitrate theo
thời gian

Sơ đồ 2.1: Quy trình tổng hợp phân nitrate vi sinh
II.3 Q trình xử lí dịch ủ có bổ sung muối phosphate vơ cơ
- Làm sạch ngun liệu gồm ruột cá, ruột vịt, bã đậu nành. Sau đó cắt nhỏ. Tạo các
hỗn hợp của ruột cá:bã đậu nành và ruột vịt:bã đậu nành theo các tỉ lệ 1:0, 1:1, 1:2,
2:1, 0:1 cho vào hũ bi.
- Cân chính xác 1g NaH2PO4.2H2O cho vào các hỗn hợp được chứa trong 10 hũ bi
trên, trộn đều.
- Quy trình tổng hợp được tiến hành theo sơ đồ sau:
Làm sạch nguyên liệu (ruột
cá, ruột vịt, bã đậu nành)

Cắt nhỏ, nghiền nhuyễn

Phối trộn theo tỉ lệ xác định

Thêm 1g NaH2PO4.2H2O

Đo hàm lượng nitrate,
phosphate theo thời gian

Sơ đồ 2.2: Quy trình tổng hợp phân nitrate, phosphate vi sinh
II.4 Quy trình thực nghiệm với các chất độn zeolite 4A và bentonite
II.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của chất độn trong sản xuất phân dạng viên
II.4.1.1 Hấp phụ nitrate
14


Cân khối lượng muối NH4NO3 0,1g đem hòa tan bằng nước cất, định mức đến 500
ml, thu được dung dịch có nồng độ 2,5.10-3 M Sau đó đặt lên máy khuấy từ với tốc độ
khuấy ở mức 650 vòng/phút.
Cân 2g zeolite 4A/ bentonite cho vào. Đo nồng độ nitrate theo thời gian.
II.4.1.2 Hấp phụ phosphate
Cân khối lượng muối 0,5g Na3PO4.12H2O đem hòa tan bằng nước cất, định mức
đến 500 ml, thu được dung dịch có nồng độ 2,6.10-3 M. Sau đó đặt lên máy khuấy từ
với tốc độ khuấy ở mức 650 vòng/phút.
Cân 2g zeolite 4A/ bentonite cho vào. Đo nồng độ phosphate theo thời gian.
II.4.2 Khảo sát khả năng giải hấp của chất độn trong sản xuất phân dạng viên
II.4.2.1 Giải hấp nitrate
a. Zeolite 4A
- Vì zeolite tạo mơi trường kiềm nên ta khảo sát tốc độ nhả nitrate trong mẫu zeolite
4A ban đầu và zeolite 4A được acid hố về mơi trường trung tính (pH=7).
- Cân một lượng bột zeolite 4A vào erlen, cho nước cất vào, lắp hệ thống máy khuấy.
Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch CH3COOH vào, thử mơi trường bằng quỳ tím cho đến
khi pH=7. Lọc, rửa chất rắn. Sau đó đem đi sấy đến khối lượng không đổi.

- Lần lượt trộn NH4NO3với 2 mẫu zeolite 4A trước và sau khi xử lí acid theo các tỉ lệ
1:1, 1:2, 2:1.
- Cân 1g PVA vào cốc thuỷ tinh, thêm từ từ nước cất vào cốc và khuấy đều cho tan
hồn tồn, đun nóng nhẹ trên máy khuấy từ thu được dung dịch.
- Cho từ từ dung dịch vào lần lượt hỗn hợp chất rắn trên, trộn đều để đạt được hỗn hợp
bùn nhão.
- Xác định tổng thể tích nước thêm vào (ml).
- Cho hỗn hợp bùn nhão vào xilanh, ép đùn ra viên với kích thước và hình dạng xác
định.
- Cân khối lượng giấy và mẫu trước khi sấy.
15


- Sấy sản phẩm ở 105°C cho đến khi mất nước hoàn toàn (chênh lệch khối lượng mẫu
sau sấy ở 3 lần cân liên tiếp không vượt quá 0,1%).
Bảng 2.1: Quá trình tạo phân dạng viên chứa muối nitrate với chất độn zeolite 4A
Chất
độn

Tỉ
lệ

Zeolite
4A ban
đầu
Zeolite
4A
(pH=7)

1:1

1:2
2:1
1:1
1:2
2:1

VH2O mgiấy mgiấy+mẫu mgiấy+mẫu mgiấy+mẫu mgiấy+mẫu mmẫu
đem
(ml)
(g)
trước khi
sau khi
sau khi
sau khi
định
sấy (g)
sấy lần 1 sấy lần 2 sấy lần 3
mức
(g)
(g)
(g)
(g)
1,2 0,81
3,69
2,39
2,35
2,35
1,58
2,1 0,81
5,09

3,61
3,47
3,47
2,46
1,0 0,81
2,59
2,10
2,04
2,04
1,36
1,3 0,81
3,45
2,26
2,17
2,17
1,59
2,2 0,81
5,57
3,43
3,25
3,25
2,42
1,3 0,81
3,12
2,83
2,70
2,70
1,33

- Lấy khối lượng mẫu thu được cuối cùng vào cốc rồi thêm 60 ml nước cất.

- Trích lần lượt 5 ml từng mẫu theo thời gian để phân tích. Kết thúc q trình khi hàm
lượng nitrate được giải phóng gần hết.
b. Bentonite
- Trộn muối NH4NO3 với bentonite theo các tỉ lệ 1:1, 1:2, 2:1 được 3 hỗn hợp chất rắn.
- Cân 1g PVA vào cốc thuỷ tinh, thêm từ từ nước cất vào cốc và khuấy đều cho tan
hoàn toàn, đun nóng nhẹ trên máy khuấy từ thu được dung dịch.
- Cho từ từ dung dịch vào lần lượt hỗn hợp chất rắn trên, trộn đều để đạt được hỗn hợp
bùn nhão.
- Xác định tổng thể tích nước thêm vào (ml).
- Cho hỗn hợp bùn nhão vào xilanh, ép đùn ra viên với kích thước và hình dạng xác
định.
- Cân khối lượng giấy và mẫu trước khi sấy.
- Sấy sản phẩm ở 105°C cho đến khi mất nước hoàn toàn (chênh lệch khối lượng mẫu
sau sấy ở 3 lần cân liên tiếp không vượt quá 0,1%)

16


Bảng 2.2: Quá trình tạo phân dạng viên chứa muối nitrate với chất độn bentonite
Tỉ lệ
VH2 O
NH4NO3: (ml)
Bentonite
1:1
1:2
2:1

1,0
1,9
1,1

mgiấy
(g)

0,81
0,81
0,81

mgiấy+mẫu mgiấy+mẫu mgiấy+mẫu mgiấy+mẫu mmẫu
đem
trước khi
sau khi
sau khi
sau khi
định
sấy (g)
sấy lần 1 sấy lần 2 sấy lần 3
mức (g)
(g)
(g)
(g)
3,24
2,59
2,57
2,57
1,73
6,15
3,67
3,60
3,60

2,61
4,00
3,12
3,07
3,07
1,58

- Lấy khối lượng mẫu thu được cuối cùng cho vào cốc rồi thêm 60 ml nước cất.
- Trích lần lượt 5 ml từng mẫu theo thời gian để phân tích. Kết thúc q trình khi hàm
lượng nitrate được giải phóng gần hết.
II.4.2.2 Giải hấp phosphate
a. Zeolite 4A
- Vì zeolite tạo mơi trường kiềm nên ta khảo sát tốc độ nhả phosphate trong mẫu
zeolite ban đầu và zeolite được acid hố về mơi trường trung tính (pH=7).
- Cân một lượng bột zeolite vào erlen, cho nước cất vào, lắp hệ thống máy khuấy. Nhỏ
từ từ từng giọt dung dịch CH3COOH vào, thử môi trường bằng quỳ tím cho đến khi
pH=7. Lọc, rửa chất rắn. Sau đó đem đi sấy đến khối lượng khơng đổi.
- Lần lượt trộn NaH2PO4.2H2O với 2 mẫu zeolite 4A trước và sau khi xử lí acid theo
các tỉ lệ 1:1, 1:2, 2:1.
- Cân 1g PVA vào cốc thuỷ tinh, thêm từ từ nước cất vào cốc và khuấy đều cho tan
hoàn tồn, đun nóng nhẹ trên máy khuấy từ thu được dung dịch.
- Cho từ từ dung dịch vào lần lượt hỗn hợp chất rắn trên, trộn đều để đạt được hỗn hợp
bùn nhão.
- Xác định tổng thể tích nước thêm vào (ml).
- Cho hỗn hợp bùn nhão vào xilanh, ép đùn ra viên với kích thước và hình dạng xác
định.
- Cân khối lượng giấy và mẫu trước khi sấy.

17