Đề tài Nghiên cứu sử dụng chủng Phanerochaete chrysosporium phân hủy rác hữu cơ làm compost

Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Sự cần thiết của đề tài Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 19 quận và 5 huyện, tổng diện tích 2.095,01 km². Vào năm 2006, thành phố có dân số 6.424.519 người. Cùng với sự phát triển kinh tế, kéo theo đó là hàng loạt các vấn đề về ô nhiễm môi trường. Mỗi ngày tại thành phố Hồ Chí Minh có trên 6.000 tấn rác thải sinh hoạt được thải ra môi trường. Vấn đề rác thải hiện nay đang là vấn đề báo động đối với thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và cả nước nói chung. Các loại rác thải sinh hoạt hiện nay chủ yếu được đem chôn lấp, chỉ số ít được xử lý, vì vậy đã gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm và ô nhiễm không khí trầm trọng. Các loại rác thải sinh hoạt của thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu được chôn lấp tại các bãi rác như bãi rác Đông Thạnh, Phước Hiệp, Gò Cát… nhưng các bãi rác này hiện nay đang ngày một quá tải và hàng loạt vấn đề kéo theo như phát thải khí metan, nước rỉ và đặc biệt là mùi, đây là kết quả của việc phân hủy tự nhiên các chất hữu cơ có trong rác thải. Vì vậy, vấn đề đặt ra hiện nay là phải có biện pháp xử lý rác thải hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rác thải thành các sản phẩm có giá trị kinh tế. Đã có nhiều biện pháp được đưa ra như phun thuốc hóa học, đem đốt, cho vào thùng và bỏ xuống đáy biển… Tuy nhiên các phương pháp này rất tốn kém và đặc biệt ảnh hưởng xấu đến môi trường. Biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay để xử lý rác thải sinh hoạt là sử dụng phương pháp phân hủy sinh học, vì thành phần chủ yếu trong rác thải sinh hoạt chiếm 65 – 90% là thành phần hữu cơ. Sử dụng phương pháp sinh học ít tốn kém, không gây ô nhiễm môi trường và nhất là phù hợp với các qui luật tự nhiên, có thể tái sử dụng và tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Vì vậy, cần phải xem rác thải như một nguồn tài nguyên cần được khai thác chứ rác không phải là thứ bỏ đi. Rác thải là nguồn tài nguyên quý giá và vô tận khi chúng ta biết tận dụng nó đúng cách. Bằng các phương pháp sinh học, rác thải sẽ được xử lý thành nguồn phân bón có giá trị. Hiện nay, có 2 phương pháp ủ rác thải thông qua VSV phổ biến nhất là ủ hiếu khí và ủ kỵ khí. Phương pháp ủ hiếu khí là rác thải bị phân hủy bởi VSV trong điều kiện có oxy, sinh ra khí cacbonic, hơi nước và nhiệt. Sản phẩm ổn định sẽ làm phân bón cho nông nghiệp. Phương pháp ủ kỵ khí là rác thải bị VSV phân hủy trong điều kiện không có oxy, sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí chủ yếu là khí metan, khí cacbonic, sản phẩm trung gian giữa axit hữu cơ và rượu. Khí mêtan sinh ra có thể thu hồi, sử dụng làm nguồn năng lượng chất đốt. Quá trình phân hủy kỵ khí còn có sản phẩm phụ là cặn. Vì vậy cần phải xử lý cặn. Như vậy, sử dụng phương pháp ủ hiếu khí đơn giản hơn, dễ làm nhưng không thu hồi được năng lượng sinh ra như phương pháp ủ kỵ khí. Phương pháp này phù hợp với những nơi điều kiện kinh tế chưa phát triển, phù hợp với các nước đang và chậm phát triển, trong đó có Việt Nam, còn phương pháp ủ kỵ khí khó làm hơn, cần chi phí đầu tư xây dựng mới có thể làm được, nhưng lại thu hồi được lượng metan làm nguồn năng lượng chất đốt, phương pháp này phổ biến ở các nước phát triển phương tây. Đề tài đã chọn phương pháp ủ hiếu khí vì nó thích hợp với điều kiện thực tế ở nước ta, dễ làm, đơn giản. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp chôn lấp hiện nay là là giảm phát thải khí mêtan, một trong những tác nhân gây ô nhiễm không khí. Vấn đề đặt ra ở đây là phải phân loại rác, chủ yếu rác thải sinh hoạt hiện nay chưa được phân loại tại nguồn, gây khó khăn cho quá trình ủ. Vì vậy trước khi đem ủ, cần băm rác nhỏ, tách lựa các chất vô cơ như túi nilon, gỗ lớn, sắt, nhựa… 1.2 Mục đích của đề tài: Mục đích của đề tài là nghiên cứu sử dụng chủng VSV Phanerochaete chrysosporium, kết hợp xạ khuẩn và nấm Trichoderma phân hủy chất thải rắn hữu cơ làm compost. Đánh giá hiệu quả và tốc độ phân hủy so với không bổ sung VSV. Đo hàm lượng các chất dinh dưỡng trong sản phẩm, bổ sung dinh dưỡng N, P, K để tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ vi sinh đạt tiêu chuẩn 10TCN 526-2002 của bộ nông nghiệp phát triển nông thôn hiện nay và có thể đem bán ra thị trường. 1.3 Giới hạn của đề tài Đề tài chỉ tập trung vào qui trình công nghệ để sản xuất compost, các yếu tố ảnh hưởng và các tác nhân sinh học, không đề cập đến thiết kế kỹ thuật công trình, không đề cập đến bản vẽ. Qui trình xử lý rác thải sinh hoạt, chủ yếu là rác hữu cơ, không đề cập đến các loại rác thải khác. Đề tài chỉ tập trung vào giai đoạn phân hủy sinh học, các bước cơ bản ban đầu như tách lựa, băm rác, sàng lọc làm hoàn toàn bằng thủ công. Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Khái niệm compost, con đường hình thành: 2.1.1 Khái niệm compost: Ủ compost được hiểu là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học đến trạng thái ổn định dưới sự tác động và kiểm soát của con người, sản phẩm giống như mùn được gọi là compost. Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân hủy trong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóa các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật Lịch sử quá trình ủ compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nông nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3.000 năm trước Công nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghiệp đầu tiên trên thế giới. Người Trung Quốc đã ủ chất thải từ cách đây 4.000 năm, người Nhật đã sử dụng compost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế kỷ. Tuy nhiên đến năm 1943, quá trình ủ compost mới được nghiên cứu một cách khoa học và báo cáo bởi Giáo sư người Anh, Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn Độ. Đến nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ compost và nhiều mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn được phát triển trên thế giới. Compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị dưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và cây trồng. Sản phẩm compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nông nghiệp hay các mục đích cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng. Ngoài ra, compost còn được biết đến trong nhiều ứng dụng, như là các sản phẩm sinh học trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, hay các sản phẩm dinh dưỡng, chữa bệnh cho vật nuôi và cây trồng. Phương pháp ứng dụng vi sinh vật rất quan trọng trong quá trình ủ compost. Thực tế, hệ vi sinh vật cần thiết cho quá trình ủ compost đã có sẵn trong vật liệu hữu cơ, tự thích nghi và phát triển theo từng giai đoạn của quá trình ủ compost. Các thành phần bổ sung thông thường có thể là sản phẩm sau ủ compost hay các thành phần giúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N). Việc bổ sung các chế phẩm có bản chất là vi sinh vật ngoại lai hay enzyme là không cần thiết mà vẫn có thể ủ compost thành công. Kiểm soát tốt các điều kiện môi trường ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật chính là nhân tố quyết định sự thành công của quá trình ủ compost. Kiểm soát tốt quá trình ủ compost cũng giúp giảm phát sinh mùi ô nhiễm và loại bỏ các mầm vi sinh vật gây bệnh. Vì vậy các giải pháp kỹ thuật trong công nghệ ủ compost hiện đại đều hướng tới mục tiêu kiểm soát tối ưu các điều kiện môi trường cùng với khả năng vận hành thuận tiện. Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ compost từ chất thải rắn đô thị là phân loại để loại bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc hại khác vì chúng cản trở quá trình chuyển hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm compost. 2.1.2 Mục đích của quá trình ủ compost: Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình compost sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ dễ thối rữa sang dạng ổn định chủ yếu là các chất vô cơ ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất hoặc nước. Làm mất hoạt tính của VSV: nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 50 - 600C, đủ để làm mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus có hại nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất 3 ngày. Do dó, các sản phẩm của quá trình compost có thể sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng an toàn cho đất. Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ. Sau quá trình compost các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3- và PO43- thích hợp cho cây trồng. Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến compost bổ sung dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan. Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải thiện nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn. Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới chứng minh sự tăng khả năng kháng bệnh của cây được trồng trong đất có bón compost. Cho đến nay, ở Việt Nam compost chưa được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Với hàm lượng dinh dưỡng cao dễ hấp thụ và chủng loại VSV đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng kháng bệnh cao. 2.1.3 Động học quá trình compost Vi sinh vật Quá trình chuyển hóa sinh học hiếu khí CTR có thể biểu diễn một cách tổng quát theo phương trình sau: Chất hữu cơ + O2 + Dinh dưỡng Tế bào mới + Chất hữu cơ khó phân hủy + CO2 + H2O + NH3 + SO4 2- + …. + Nhiệt. Nếu chất hữu cơ có trong CTR được biểu diễn dưới dạng CaHbOcNd, sự tạo thành tế bào mới và sulfate không đáng kể và thành phần của vật liệu khó phân hủy còn lại được đặc trưng bởi CwHxOyNz thì lượng oxy cần thiết cho quá trình ổn định hiếu khí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học của CTR đô thị có thể được ước tính theo phương trình phản ứng sau: CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 à nCwHxOyNz + sCOz + rH2O + (d – nx)NH3 Trong đó: r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)] s = a – nw CaHbOcNd và CwHxOyNz biểu diễn thành phần phân tử thực nghiệm của chất hữu cơ ban đầu và sau khi kết thúc quá trình. Nếu quá trình chuyển hóa xảy ra hoàn toàn, phương trình biểu diễn có dạng như sau: b – 3d 2 4a + b – 2c – 3d 4 CaHbOcNd + O2 à aCO2 + H2O + dNH3 Trong nhiều trường hợp, amoniac sinh ra từ quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ bị tiếp tục oxy hóa thành nitrat (quá trình nitrat hóa). Lượng oxy cần thiết để oxy hóa amoniac thành nitrat có thể tính theo phương trình sau: NH3 + 3/2 O2 à HNO3 + H2O HNO2 + ½O2 à HNO3 __________________________ NH3 + 2O2 à H2O + HNO3 VSt VSo Như vậy, trong quá trình phân hủy sinh học hiếu khí, sản phẩm tạo thành không có mặt CH4. Hay nói cách khác, trong trường hợp này tốc độ phân hủy được xác định dựa trên hàm lượng chất hữu cơ còn lại theo thời gian phân hủy và được biểu diễn như sau: ln =-k*t Quá trình phân hủy chất thải xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian. Ví dụ quá trình phân hủy protein bao gồm các bước: Protein à peptodes à amino acids à hợp chất ammonium à nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3. Đối với carbonhydrats, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước như sau: Carbonhydrate à đường đơn à acid hữu cơ à CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn. Chính xác những chuyển hóa hóa sinh xảy ra trong quá trình composting vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết. Các giai đoạn khác nhau trong quá trình làm compost có thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau: * Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới; * Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic; * Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh này được đặc trưng bằng các phương trình (1) và (2) trong trường hợp làm compost hiếu khí và kị khí như sau: COHNS + O2 + VSV hiếu khí à CO2 + NH3 + Sản phẩm khác + Năng lượng (1) CHONS + VSV kỵ khí à CO2 + H2S + NH3 + CH4 + Sản phẩm khác + Năng lượng(2) * Pha trưởng thành (maturation phase) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường. Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành các keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ,…) và cuối cùng thành mùn. Các phản ứng nitrate hóa, trong đó ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định hóa chất thải bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrate (NO3-) cũng xảy ra như sau: Nitrosomonas bacteria NH4 + + 3/2 O2 -------------------------------------> NO2 - + 2H+ + H2O (3) Nitrobactor bacteria NO2- + ½ O2 -------------------------------------> NO3 - (4) Kết hợp hai phản ứng (3) và (4), quá trình nitrate hóa xảy ra theo phương trình phản ứng sau: NH4+ + 2O2 à NO3- + 2H+ + H2O (5) Vì NH4+ cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho quá trình tổng hợp mô tế bào như sau: NH4+ + 4CO2 +HCO3- + H2O à C5H7O2N + 5O2 (6) Kết hợp phương trình (5) và (6), ta có phương trình phản ứng nitrate hóa tổng cộng xảy ra như sau: 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- à 21NO3- + C5H7O2N + 20H2O + 42H+ Hình 2.1: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình Composting 2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ Compost Bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, pH, kích thước nguyên liệu và nguồn đạm trong nguyên liệu. 2.1.4.1 Nhiệt độ: Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trong quá trình compost. Hầu hết các tài liệu cho thấy nên duy trì nhiệt độ 55-600C trong luống ủ compost vì ở nhiệt độ này quá trình chế biến compost vẫn có hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV. Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trên, compost không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh. Nhiệt độ trong luống ủ compost có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý. 2.1.4.2 Nước và độ ẩm: Nước và độ ẩm rất quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến quá trình ủ compost. Nếu quá ẩm sẽ gây thiếu oxy, không khí khó lọt qua đống ủ. Quá khô sẽ ảnh hưởng đến hoạt động VSV vì VSV cần độ ẩm. Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ compost khoảng 50-60%. Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách trộn vật liệu độn có độ ẩm cao. Độ ẩm của phân bắc, bùn, phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó cần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết. Đối với hệ thống làm compost vận hành liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm compost như sơ đồ sau. Hình 2.2: Tuần hoàn sản phẩm compost 2.1.4.3 pH: VSV cần một khoảng pH tối ưu để hoạt động. pH tối ưu khoảng 6.5-8.0. Tùy thuộc vào thành phần tính chất của chất thải, pH sẽ thay đổi trong quá trình ủ compost. 2.1.4.4 Kích thước nguyên liệu: Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phân hủy. Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, có thể làm tăng vận tốc phân hủy trong một khoảng độ xốp nhất định, vì hạt quá nhỏ sẽ có độ xốp thấp ức chế vận tốc phân hủy. Hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và có thể tao ra các kênh thổi khí làm cho sự phân bổ khí không đồng đều, không có lợi cho quá trình ủ compost ảnh hưởng đến chất lượng chế biến phân bón. Kích thước hạt tối ưu cho quá trình chế biến trong khoảng đường kính từ 3-50mm. Kích thước hạt có thể đạt tối ưu bằng cách cắt, nghiền, hoặc sàng vật liệu thô ban đầu. Chất thải rắn sinh hoạt và chất thải nông nghiệp phải được nghiền đến kích thước thích hợp trước khi làm phân. Phân bắc, bùn và phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học. 2.1.4.5 Nguồn đạm trong nguyên liệu: Thông số dinh dưỡng quan trọng nhất là tỉ lệ C/N, nhu cầu N trong nguyên liệu làm compost chiếm khoảng 2-4% C ban đầu, hay nói cách khác tỉ lệ C/N khoảng 25/1. Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ số C/N tối ưu gặp khó khăn do một phần các chất C như Cellulose và Lignin khó phân hủy sinh học, chỉ bị phân hủy sau một thời gian dài. Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV không sẵn có. Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn Azotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO43-. Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác. Nếu tỉ lệ C/N của vật liệu làm compost cao hơn giá trị tối ưu sẽ hạn chế sự phát triển của VSV do thiếu N. Chúng phải trải qua nhiều chu trình chuyển hóa, oxy hóa phần C dư khi đạt tỉ lệ C/N ban đầu là 20-50 thời gian cần thiết là 14 ngày và tỉ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết là 21 ngày. Ở tỉ lệ C/N thấp (như phân bắc và bùn) N sẽ thất thoát dưới dạng NH3, đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ cao, có thổi khí. 2.2 Các công nghệ sản xuất compost hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam 2.2.1 Các công nghệ sản xuất compost hiện nay trên thế giới 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. Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là: 2.2.1.1 Kiểu Dano (Phổ biến ở Đan Mạch) Thiết bị hình trụ, quay với tốc độ 1 vòng/1 phút. Nhiệt độ có thể lên trên 600C Cung cấp không khí bằng quạt thổi. Rác được lưu trong thiết bị từ 3 đến 5 ngày, sau đó tiếp tục được ủ 30 đến 60 ngày. Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ kiểu DANO 2.2.1.2 Kiểu Jersey Rác thải được chuyển từ tầng cao xuống thấp, mỗi ngày một tầng. Kiểu ủ này áp dụng với rác thải sinh hoạt, quá trình ủ hiếu khí. Hình 2.4: Sơ đồ qui trình ủ kiểu Jersey 2.2.1.3 Ủ kiểu hiếu khí cưỡng bức Hay còn gọi là phương pháp BARC (Beltsville Aerated Rapid Composting), phương pháp này hiệu quả hơn, bảo quản nhiệt độ lớn hơn các phương pháp thông thường, vì vậy tiêu diệt được phần lớn các vi sinh vật gây bệnh. Kích thước: L x W x H = 12 x 6 x 2,5 m Nhiệt độ 60 – 800C, thời gian từ 3 đến 5 ngày, duy trì ủ 10 ngày. 2.2.1.4 Ủ kiểu Trung Quốc Phương pháp này ủ không đảo trộn, thông khí bằng ống đục lỗ, sau 2 đến 3 ngày thì phủ trấu. Thời gian ủ 60 ngày. 2.2.1.5 Ủ kiểu windrow Phương pháp này đảo trộn liên tục để cung cấp khí và để trồn đều nguyên liệu, đẩy nhanh tốc độ phân hủy. Thời gian từ 20 đến 40 ngày, nhiệt độ tâm khối ủ khoảng 650C. Kích thước: L x W x H = 13 x 3 x 1,5 m  2.2.2 Các mô hình sản xuất Compost hiện nay tại Việt Nam 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 thị xã Sơn 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: 2.2.2.1 Mô hình ủ compost kiểu chia ô không liên tục 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. * Ưu điểm: - Chi phí đầu tư ban đầu thấp thấp. - Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa. - Trình độ của công nhân không cần cao. * Nhược điểm: - Khâu phân loại chưa tốt, còn lẫn nhiều tạp chất ảnh hưởng không tốt đến các khâu sau này của công nghệ. Còn làm thủ công nhiều. - Mức độ cơ giới hóa, tự động chưa cao nên hiệu suất xử lý chưa cao. - Do còn thủ công nhiều nên công nhân tiếp xúc trực tiếp với môi trường độc hại, gây ảnh hưởng sức khỏe công nhân. Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ tại Cầu Diễn 2.2.2.2 Mô hình ủ compost kiểu luống 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. Mô hình ủ luống động cũng được áp dụng tại nhà máy xử lý rác Nam Thành Ninh Thuận. Nguyên liệu chủ yếu là rác thải sinh hoạt. Nguồn rác thải này được công ty trực tiếp thu gom tại thành phố Phan Rang Tháp Chàm và các khu vực lân cận với khối lượng trung bình từ 100-150 tấn/1ngày. Thành phần các chất có trong rác thải sinh hoạt tại Ninh Thuận phức tạp (được nêu trong bảng1.1) cho nên đã ảnh hưởng lớn đến quá trình làm Compost. Qua nghiên cứu, ông Trần Đình Minh tổng giám đốc Công ty Nam Thành đã thành công và hoàn tất quy trình công nghệ sản xuất Compost.(xem hình 2.6). Bảng 2.1 Thành phần các chất có trong rác thải sinh hoạt tại Ninh Thuận STT Thành phần % Khối lượng 1 Chất hữu cơ 65 - 95 2 Giấy 0.05 - 25 3 Catton 0 - 0.01 4 Vải 0 - 5 5 Nilon 1.5 - 17.5 6 Nhựa cứng 0 - 0.1 7 Da 0 - 0.05 8 Gỗ 0 - 3.5 9 Cao su mềm 0 - 1.5 10 Cao su cứng 0 - 0.01 11 Lon, đồ hộp 0 - 0.06 12 Kim loại màu 0 - 0.03 13 Sắt 0 - 0.01 14 Thủy tinh 0 - 1.3 15 Sành, sứ 0 - 1.4 16 Xà bần, tro 0 - 6.1 (Nguồn: số liệu từ công ty Nam Thành) Hình 2.6: Qui trình công nghệ của công ty Nam Thành Ninh Thuận Rác sẽ được vận chuyển tập trung về nhà máy. Tại đây, rác thải sinh hoạt được phân loại, xử lý và chế biến thành compost phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Khối lượng và thành phần nguồn nguyên liệu đầu vào của quá trình sản xuất compost của công ty được trình bày dưới đây: Nguyên phụ liệu Loại Khối lượng Rác thải sinh hoạt Chưa phân loại 100-150 tấn/1 ngày Men khử mùi NTC khử mùi 90 – 120 lit/1 ngày Men đặc chủng phân hủy hữu cơ NTC Protect 180 – 240 lit/ 1 ngày Men đặc chủng chế biến phân bón NTC KB Tùy theo số lượng sản xuất Nguồn: Số liệu từ công ty Nam Thành Từ nhà tiếp nhận, rác theo băng tải và được phân loại sơ bộ lần 1 (thủ công) để tách các vật thể có kích thước lớn, sau đó rác được đưa vào máy đập (xưởng 1) để xé các túi đựng rác, nghiền và tách sơ bộ các vật thể như gạch, cát, và các loại vỏ chai, sau đó rác theo băng chuyền qua hệ thống tách từ, thu sắt vụn, tách gió thu nilon. Tại xưởng 1, rác tiếp tục được phun vi sinh khử mùi, theo hệ thống băng chuyền đến xưởng 2 để tách lựa lần 2, sử dụng thiết bị như sàng lồng, tách từ, tách gió, tách thủ công và sàng cát loại bỏ các vật thể rắn không phân hủy như xà bần, cát, thủy tinh… và thu được sắt vụn, nilon, hữu cơ. Sau giai đoạn phân loại lần 2, rác thải tương đối đồng nhất (thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ cao hơn nhiều so với rác ban đầu) vật thể rắn không tái sản xuất được như xà bần, cát, thủy tinh sẽ được mang đi chôn lấp hợp vệ sinh và đúng qui định. Các vật thể tái sử dụng được đưa vào kho phế liệu để bán cho các cơ sở tái sản xuất. Còn các loại nhựa, hạt nhựa để sản xuất các loại bao bì. Tất cả các loại rác hữu cơ sau phân loại theo băng chuyền sẽ được phun vi sinh phân hủy vi sinh kháng bệnh, tiếp theo sử dụng xe cơ giới chuyển vào hầm ủ. Tại hầm ủ tiếp tục phun bổ sung vi sinh phân hủy khử mùi, kháng bệnh (phun khi xe cơ giới đổ rác vào hầm). Trước khi tiếp nhận rác vào hầm ủ, tổ kỹ thuật kiểm tra các chỉ tiêu như độ ẩm, tạp chất (cát, nilon, phi hữu cơ khác nếu vượt qui định cho quay lại tách lựa). Thời gian ủ trong hầm từ 20 - 30 ngày thì rác thải đã được mùn hóa, độ ẩm đạt từ 40 – 50%. Thời gian đầu của quá trình ủ nước từ khối ủ rỉ ra và được qui tụ vào các hố thu gom trên hầm ủ được xử lý và sử dụng tạo ẩm bổ sung, trong quá trình ủ, tiến hành đảo trộn định kỳ bằng xe chuyên dụng (rác mới ủ đảo trộn 10 ngày 1 lần, rác đã ủ được một thời gian thì đảo trộn 5 ngày 1 lần). Tổ kỹ thuật sẽ kiểm tra các chỉ tiêu theo qui định, nếu không đạt phải xử lý. Khi rác thải trong hầm ủ đạt các chỉ tiêu và đã mùn hóa tiến hành mang ra bãi ủ chín, mục đích chính là để giảm ẩm tự nhiên, thời gian từ 15 đến 20 ngày. Tổ kỹ thuật tiếp tục kiểm tra khi độ ẩm đạt 20-25% thì chuyển vào xưởng sản xuất mùn tinh (xưởng 3) với thiết bị như băng tải, máy đập, sàng lọc, sàng rung. Tại xưởng 4, mùn tinh được phối trộn với các phụ gia cho vào hệ thống tạo viên, sấy, giảm nhiệt, sàng phân loại để đồng nhất về kích thước hạt và cuối cùng đến hệ thống đóng bao tự động cho ra sản phẩm. Tại xưởng 5, các loại nhựa, nilon thu được từ khâu tách lựa của các xưởng được chuyển đến đây, xử lý loại bỏ tạp. Khi đạt yêu cầu sẽ được chế biến bằng máy ó định hình và sản xuất hạt nhựa theo chuẩn loại. Tất cả các loại nhựa, bao nilon thu từ khâu tách nhựa sẽ được chuyển đến phân xưởng 5. Phân xưởng này có nhiệm vụ phân loại, xử lý nguyên liệu theo kích thước, ly tâm bằng máy sau đó đưa ra sân phơi cho đến khi khô tuyệt đối và liên tục qua máy ó, định hình và sản xuất ra hạt nhựa tái sinh và phôi nhựa theo chủng loại. Sản phẩm tạo ra là các bánh “bò”, cung cấp cho các cơ sở sản xuất nhựa tái chế. 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. * Ưu điểm Dây chuyền công nghệ sản xuất khép kín, tái chế được phần lớn rác thải nên lượng rác bỏ ra bãi chôn lấp rất ít đã góp phần giảm diện tích xây dựng bãi chôn lấp. Hạn chế ô nhiễm phát sinh tại bãi chôn lấp hiện nay, góp phần bảo vệ môi trường sạch đẹp. Các phân xưởng được xây dựng sắp xếp khoa học và hợp lý, tạo điều kiện dễ dàng cho công nhân làm việc cũng như việc sản xuất đạt hiệu quả nhất. Khâu phân loại đầu vào rất chặt chẽ và nghiêm ngặt được thực hiện bằng tay, kết hợp với máy móc một cách hợp lý. Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với chất lượng phân thành phẩm. Công nghệ máy móc với các thiết bị hoàn chỉnh dễ vận hành, chế tạo và thay thế. Trong nhà máy bao gồm cả phân xưởng cơ khí tạo điều kiện cho việc bảo trì sửa chữa các thiết bị máy móc được nhanh chóng, dễ dàng và thuận tiện. Đảm bảo vệ sinh trong và ngoài nhà máy, có hệ thống thu hồi nước rỉ rác tại khâu phân loại và ủ hiếu khí để sử dụng hồi ẩm, phục vụ cho quá trình ủ lên men, không gây ảnh hưởng đến tầng nước ngầm. Trong qui trình sản xuất nhà máy có sử dụng các chế phẩm sinh học để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng phân bón. Có qui trình công nghệ tái chế tạo ra nguồn lợi nhuận từ việc tái chế và sản xuất hạt nhựa, phôi nhựa, bao bì từ rác thải, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, tránh sử dụng lãng phí tài nguyên, vì đây là những vật liệu có thời gian phân hủy khá dài, nếu đem chôn lấp. Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí về năng lượng không quá cao. Trình độ vận hành của công nhân không đòi hỏi cao.  * Nhược điểm: Ở khâu sản xuất mùn tinh, bụi sinh ra từ hệ thống sàng rung gây ảnh hưởng không tốt đến môi trường làm việc cũng như sức khỏe công nhân. Khâu phân loại rác đầu vào tại nhà máy, tuy đã có sự tham gia của máy móc nhưng phần lớn vẫn là phân loại thủ công do công nhân đảm nhiệm. Điều này làm tốn nhiều thời gian sản xuất, đồng thời ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân. Tốn mặt bằng xây dựng. 2.2.2.3 Mô hình ủ compost trong thiết bị kín Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng hiện đang nghiên cứu và áp dụng tại thị xã 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 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 2.7: Công nghệ Seraphin. 2.3 Các phương pháp ủ compost 2.3.1 Phương pháp ủ theo luống dài: Phương pháp ủ compost ngoài trời là phương pháp được ứng dụng phổ biến nhất, vì phương pháp này là điển hình của phương pháp ủ phân qui mô lớn, cũng thường là tiêu chuẩn để các phương pháp khác làm so sánh. Phương pháp ủ compost ngoài trời là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được đổ thành từng luống ủ hẹp dài hoặc đống nhỏ. Các luống ủ này được làm thoáng bằng các phương tiện thụ động như khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt. Để hỗ trợ cho thoáng khí thụ động, các luống ủ này phải được xới trộn lên đều đặn. Xới trộn là một cách khuấy đảo nguyên liệu hoàn hảo được thực hiện bằng máy xới hoặc thiết bị trộn đặc biệt. Trong thực tế, số lần trộn và thời gian giữa các lần trộn rất khác nhau khoảng 3 hoặc 4 lần trong 6 đến 12 tháng cho tới 40 lần trong vòng 2 tháng. Việc xáo trộn và cung cấp nguồn dưỡng chất, làm nguyên liệu đồng nhất trong luống ủ; giải phóng gas và nhiệt; giải phóng nước, chất dinh dưỡng và vi sinh ra khỏi luống ủ; trao đổi khí từ môi trường oxy mất trên bề mặt luống ủ đến nơi oxy thiếu và ấm hơn gần trung tâm luống. Tùy thuộc vào sự cung cấp nguồn dưỡng chất và sự thâm nhập của thiết bị trộn, việc xới trộn cũng làm nhỏ đi kích thước hạt. Người ta thường nói rằng, việc xới trộn sẽ làm thoáng khí các luống ủ. Điều này đúng nhưng chỉ đúng với qui mô ủ giới hạn, mặc dù việc xới trộn bổ sung không khí sạch và oxy, vi sinh tiêu thụ oxy trong nhiều giờ. Giữa các lần xới trộn, các luống ủ phải thông khí thụ động để duy trì hiếu khí. Hơn nữa, việc xới trộn nguyên liệu xốp trong luống ủ làm gia tăng trạng thái xốp, giảm độ nén, và làm cho việc thoáng khí tự động trở nên hiệu quả hơn. Michel et al. (1996) cho rằng điều này không cần thiết trong trường hợp thử nghiệm xới trộn luống ủ trên sân phơi được xếp ngăn nắp, độ nén của các đống ủ tăng lên sau khi xới trộn – luống ủ trở nên nhỏ hơn sau khi xới. Tính hiệu quả của việc xới trộn trên các đống ủ có độ nén phụ thuộc vào việc cung cấp nguồn dưỡng chất và giai đoạn ủ compost. Nếu mất nguyên liệu dễ vỡ như lá cây, việc xới trộn làm giảm kích thước hạt và làm tăng độ nén đống ủ. Đối với nguyên liệu đã cô đặc như phân hoặc phân gần thành compost, việc xáo trộn làm giảm độ nén đống ủ. Tuy nhiên, hiệu quả chỉ có thể kéo dài trong vài ngày tới khi nguyên liệu được xới trộn nén xuống và trở nên nhỏ hơn. Do đó, nếu không xới trộn thường xuyên, hiệu quả xáo trộn làm thoáng sẽ rất thấp. Các luống ủ được quản lý theo mục tiêu và sự ưu tiên của người vận hành và nhà quản lý nhà máy. Vì vậy, ở một vài hệ thống ủ phân được xới trộn không thường xuyên khi người vận hành không có thời gian và thời tiết tốt. Mặt khác, công tác xới trộn hầu như xảy ra mỗi ngày dựa trên kết quả đo nồng độ CO2 và nhiệt độ. Hình thức phổ biến là xới trộn luống ủ theo điều kiện nhiệt độ. * Ưu điểm - Phương pháp ủ compost ngoài trời là cách tiếp cận vừa đơn giản vừa linh hoạt để sản xuất compost; - Dễ dàng điều tiết trong phạm vi rộng của việc cung cấp dưỡng chất, qui mô hoạt động, nguồn lực tài chính, thiết bị và chiến lược quản lý; - Phương pháp này được minh chứng là phương pháp ủ compost thành công. * Nhược điểm - Các luống ủ và mặt bằng dùng để xới trộn chiếm một diện tích rất lớn và do đó sẽ rất tốn kém khi xây dựng mái che; - Điều kiện hiếu khí không được duy trì liên tục trong các luống ủ. Do đó, đôi khi các luống ủ bị tình trạng kị khí và có mùi hôi bên trong. 2.3.2 Phương pháp ủ trong container Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container, túi đựng hoặc trong nhà. Thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho phương pháp này. Có nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng xoay… Trong bể di chuyển theo phương ngang, vật liệu được ủ trong một hoặc nhiều bể phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ thì được áp dụng. Vật liệu ủ được di chuyển liên tục theo chiều dài ngăn phản ứng trong suốt quá trình. Trong container thổi khí, vật liệu ủ được chứa đựng trong các container khác nhau, như thùng chứa chất thải rắn hoặc túi polyethylene…thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho quá trình ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn trong container. Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ thường được trộn ở bên ngoài trời, sau đó cho vào lại container. Trong thùng xoay, vật liệu được ủ trong một cái thùng xoay chậm theo phương ngang có thổi khí cưỡng bức. * Ưu điểm - Nhạy cảm với điều kiện thời tiết, khả năng kiểm soát mùi và quá trình ủ tốt hơn; - Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời; - Nhu cầu diện tích nhỏ hơn các phương pháp ủ khác; - Chất lượng compost tốt hơn các phương pháp ủ khác. * Nhược điểm - Vốn đầu tư cao; - Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao; - Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao; - Công nhân vận hành đòi hỏi trình độ cao. 2.3.3 Phương pháp ủ theo đống thổi khí thụ động Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động là một phương pháp quản lý đơn giản được ứng dụng cho nguyên liệu phân hủy chậm như lá rụng, cành cây, vỏ cây, mảnh vụn gỗ, và một số phế phẩm nông nghiệp. Phương pháp này được trình bày trong một số cẩm nang và sách hướng dẫn đề cập đến việc tái sinh các các nguyên liệu đặc biệt này. Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động sử dụng cách làm compost nhẫn nại, chủ yếu dựa trên việc thông khí thụ động, phân hủy tự nhiên và thời gian để sản xuất compost, trong đó có một vài thao tác qui trình được thực hiện. Một số đống ủ có thể được kết hợp và pha trộn lên để điều chỉnh độ ẩm, độ xốp, độ nén và/hoặc tỷ lệ C/N, nhưng một khi đã tạo thành đống dài thì chúng sẽ không được xáo trộn trong vài tháng. Thông thường, các đống ủ được kết hợp sau khi chúng giảm thể tích xuống và sẽ được xáo trộn đều đặn bằng xe xúc. Hầu hết các đống ủ là các đống trải ra tự nhiên. Các đống ủ này tương đối to, thường cao từ 2 đến 5 mét. Thông thường chiều rộng gần gấp 2 lần chiều cao. Chiều dài đống ủ không ảnh hưởng tới quá trình ủ. * Ưu điểm Đây là phương pháp ủ compost mang lại thành công và kinh tế nhất nếu có đủ không gian và thời gian và nếu mùi hôi không bị chỉ trích. * Nhược điểm Chiếm diện tích mặt bằng khá lớn; Mất nhiều thời gian để phân hủy, thường từ 1 tới 3 năm; Ủ tĩnh trong khoảng thời gian dài sinh ra mùi hôi. 2.3.4 Phương pháp ủ theo đống thổi khí cưỡng bức Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức được phát triển vào những năm 1970 bởi nhóm nghiên cứu Phòng Nông Nghiệp Mỹ (USDA) để làm compost sinh học thể rắn từ các nhà máy xử lý nước thải (Willson, 1980). Trong đó, phương pháp thổi khí cưỡng bức được ứng dụng để làm giảm thời gian qui trình công nghệ và cũng giảm đi mùi hôi sinh ra từ chất thải rắn sinh học. Nó trở thành phương pháp điển hình làm compost chất thải rắn sinh học và được ứng dụng cho nguồn nguyên liệu rắn nhiều hơn các nguồn nguyên liệu khác. Phương pháp này có nhiều biến đổi, đặc biệt là ở phần công nghệ điều khiển nhưng căn bản vẫn giống nhau. Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức sử dụng quạt để làm thoáng khí và thông gió nguyên liệu làm compost. Không có hoạt động xới trộn ngoại trừ việc di dời nguyên liệu. Các đống ủ được xây dựng phía trên đỉnh của hệ thống thông gió cung cấp và phân phối không khí cho nguyên liệu. Thông gió cưỡng bức cung cấp khí oxy, làm mát đống ủ, thoát hơi nước và giải phóng CO2 và các chất bị phân hủy khác. * Ưu điểm Đây là phương pháp ứng dụng hiệu quả và đã được kiểm chứng; Giống phương pháp ủ ngoài trời, ứng dụng kỹ thuật đơn giản, chiếm mặt bằng ít hơn vàđược hỗ trợ thông gió chắc chắn hơn phương pháp thông gió thụ động, kể cả ủ ngoài trời. Rút ngắn thời gian ủ thành compost. * Nhược điểm Chi phí vận hành và bảo trì cao; Chi phí đầu tư tương đối cao; Chỉ thích hợp với chất thải rắn. 2.3.5 Phương pháp ủ dạng Silo hoặc tháp phản ứng Hệ thống ủ compost kiểu silo dùng một hoặc nhiều bình đứng loại lớn hoặc silo, trong đó nguyên liệu làm compost di chuyển từ trên đỉnh xuống đáy silo. Hoạt động bắt đầu khi một máy khoan hoặc cơ cấu khác lấy ra một phần compost từ phía đáy ra khỏi silo. Nguyên liệu phía trên dịch chuyển xuống phía dưới và hỗn hợp dưỡng chất mới được châm vào khoảng trống được tạo ra phía trên của silo. Mặc dù, nguyên liệu bên trong silo chuyển động, nhưng chúng cũng không được xáo trộn tốt. Do đó, nguyên liệu phải được trộn đều trước khi nạp vào silo. Thông thường nguyên liệu được lưu giữ trong silo từ 10 đến 30 ngày. Hầu hết, các hệ thống silo được làm thoáng bằng quạt. Không khí làm thoáng thường được cấp vào phía đáy và di chuyển ngược lên thông qua nguyên liệu làm phân trong silo. Khí này được thu tại đỉnh và thoát ra ngoài thông qua lọc sinh học.  Hình 2.8 : Mô hình thiết bị dạng Silo. Khi không khí đi từ lớp nguyên liệu phía dưới lên cuốn theo nhiệt, hơi ẩm và khí CO2. Do đó, không khí bị mất đi hiệu quả của chúng là phải cấp oxy và làm mát, vì thế rất khó để duy trì điều kiện ủ compost đồng bộ suốt chiều sâu. Để khắc phục được nhược điểm này, một số hệ thống sử dụng một bộ ống thông khí hẹp đặt phía dưới bên trong silo để đưa vào bên trong silo không khí sạch tại các độ sâu khác nhau. * Ưu điểm Vận hành tự động, hiệu quả xử lý cao, hiếm ít diện tích, thời gian xử lý ngắn. Khí sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học được xử lý trước khi thoát ra ngoài. * Nhược điểm Chi phí đầu tư ban đầu lớn, chi phí vận hành cao, vận hành phức tạp. 2.4 Lợi ích của Compost 2.4.1 Đối với môi trường Tiết kiệm tối đa đất sử dụng làm bãi chôn lấp chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và các vấn đề phát sinh từ rác thải từ các bãi chôn lấp. Giải quyết có hiệu quả các vấn đề về rác thải đô thị, thu hồi tối đa các vật liệu có thể tái chế như giấy bìa, thủy tinh, sắt thép… Sản xuất được hạt nhựa, phôi nhựa, bao bì từ rác thải. Chế biến phân hữu cơ vi sinh từ CTR hữu cơ, phục vụ cho nông nghiệp. Chứng minh rác thải không phải là 1 thứ bỏ đi mà là 1 nguồn tài nguyên cần được nhìn nhận, khai thác và sử dụng, góp phần tạo nên môi trường xanh, sạch, đẹp. 2.4.2 Đối với xã hội Giải quyết công ăn việc làm cho hàng trăm lao động địa phương. Tạo ý thức cho người dân về công tác bảo vệ môi trường và tầm quan trọng của việc xử lý rác thải thành các sản phẩm có ích. Giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của bãi rác đến đời sống cộng đồng. 2.4.3 Đối với kinh tế Đây là giải pháp công nghệ mang lại hiệu quả cao, chi phí đầu tư thấp nhât so với các giải pháp xử lý CTR khác. Giảm nguồn chi ngân sách của tỉnh hàng năm về hoạt động thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt 2.4.4 Đối với nông nghiệp Tái sử dung lượng chất hữu cơ có trong thành phần rác thải chế biến compost chất lượng cao, phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Cải tạo đất bac màu, tăng năng suất và chất lượng nông sản, hạn chế sâu bệnh, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông dân. 2.5 Chủng vi sinh vật 2.5.1 Phanerochaete chrysosporium: 2.5.1.1 Nguồn gốc và phân loại - Ngành : Basidiomycota - Lớp : Basidiomycetes - Bộ : Phanerochaetales - Họ : Phanerochaetaceae - Chi : Phanerochaete - Loài : Phanerochaete chrysosporium 2.5.1.2. Đặc điểm hình thái Phanerochaete chrysosporium là một trong những nấm tạo thành lớp trắng trên gỗ và phân hủy gỗ. Loài nấm này không bao giờ hình thành tai nấm trong chu kỳ sinh sản mà là hình thành những quả thể dẹp lan ra, xuất hiện ở mặt bên dưới của khúc gỗ như mạng nhện. Hệ thống enzyme phân hủy lignin của nấm này làm cho nó trở nên rất đặc biệt. Để hiểu về hệ thống này, ta cần phải biết rằng thành phần chủ yếu của gỗ là cellulose có màu trắng và lignin có màu nâu. Loài Phanerochaete tạo ra mục trắng trên gỗ. Phanerochaete chrysosporium có một số đặc điểm rất hữu dụng. Hình 2.9: Phanerochaete chrysosporium mọc trên thân keo tai tượng. Nó thích nghi với nhiệt độ tương đối cao (khoảng 400C), nghĩa là nó có thể mọc trên những lát gỗ ủ thành những đống compost có nhiệt độ khá cao. Những tính chất này cho thấy nấm này là một đối tượng tốt của công nghệ sinh học. Một số enzyme phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium cũng phân hủy được các chất thải độc hại như PCB’s (polychlorinated biphenyl) và PCP’s (pentachlorophenol). Nấm mục trắng thường tìm thấy nhiều trên thực vật hạt kín hơn là thực vật hạt trần trong tự nhiên. Thường thì các đơn vị syringyl (S) của lignin dễ bị tấn công hơn các đơn vị guaiacyl (G). Trong sợi gỗ, lớp lamella trung tâm chứa nhiều lignin G, trong khi ở vách tế bào thứ cấp thì lại chứa nhiều lignin S. Không giống như cellulose và hemicellulose, lignin không phải chủ yếu thẳng hàng mà là một polymer thơm không tương đồng và phức tạp, gồm những đơn vị phenylpropanol. Nấm mục trắng được biết như là những sinh vật có thể phân hủy hoàn toàn lignin thành carbonic và nước. Những năm gần đây người ta quan tâm nhiều đến sinh hoá học và di truyền học phân tử của sự phân hủy lignin thông qua những nghiên cứu chủ yếu trên nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium. Hệ thống phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium không bị cảm ứng bởi lignin mà nó xuất hiện trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của quá trình nuôi cấy tức là khi sự tăng trưởng sơ cấp dừng lại do sự giảm một số thành phần dinh dưỡng. Sự chuyển hoá thứ cấp khởi đầu khi có sự hạn chế các chất như nitrogen, carbon hay sulphur nhưng không hạn chế phosphor. Sự điều hoà chuyển hoá thứ cấp bao gồm sự phân hủy lignin được liên kết với chuyển hoá glutamate. Khi nuôi cấy nấm trong môi trường giới hạn nitrogen thì sự phân hủy lignin xảy ra. Trong sự liên kết này, Kirk và Fenn (1982) đã nghiên cứu rằng sự phân hủy lignin là một sự kiện chuyển hoá thứ cấp do hàm lượng nitrogen của gỗ thấp. Chẳng bao lâu sau khi nấm mục trắng tấn công gỗ, nitrogen sẽ bị thiếu và sự chuyển hoá thứ cấp bao gồm sự phân hủy lignin sẽ bắt đầu. Mặc dù liên quan giữa sự hạn chế nitrogen và sự phân hủy lignin bởi nấm mục trắng là phổ biến, nhưng đó không phải luôn luôn là quy luật. Do đó người ta có thể thêm nitrogen vào cho một nấm mục trắng nào đó trong các ứng dụng công nghệ sinh học khác nhau nhằm sử dụng lignin hay những hợp chất liên quan đến lignin có thể tăng hiệu quả của những nấm này. Người ta cho rằng có hai enzyme giữ vai trò chủ đạo trong việc polymer hoá lignin bao gồm 2 peroxidase nhân heme ngoại bào, đó là manganese peroxidase và lignin peroxidase cùng một hệ thống tạo ra H2O2. Tuy nhiên nấm mục trắng tiết ra một tổ hợp các peroxidase và oxidase. Trametes versicolor và Phlebia radiate có thể tạo ra một hay nhiều laccase cùng với LiP và MnP. Pleurotus sajor-caju tiết ra một aryl alcohol oxidase, một laccase và một số peroxidase. Bjerkenderu adusta tiết ra một aryl alcohol oxidase. Rigidoporus lignosus và Dichomitus squalens tiết ra một laccase và và một MnP. Do đó, nhiều loại enzyme oxy hoá có thể được nấm mục trắng sử dụng trong sự phân hủy lignin. Tuy nhiên một thành phần chủ yếu trong hệ thống phân hủy lignin của tất cả các nấm mục trắng chính là nguồn H2O2. Hai enzyme có liên quan đến hệ thống này là: MnP có thể hình thành H2O2 từ O2 khi có mặt của NADH, NADPH hay glutathione; và glyoxal oxidase (GLOX), một enzyme mới được tạo ra trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của Phanerochaete chrysosporium và hoạt động bởi LiP thêm vào veratryl alcohol. Do sự phức tạp trong cấu trúc của lignin như sự có mặt của các liên kết trong những đơn vị khác nhau, sự bất thường trong sắp xếp của chúng… nấm phân hủy lignin không tạo ra enzyme có thể nhận ra và phân cắt tất cả những cấu trúc này. Nấm mục trắng đã giải quyết vấn đề này bằng sự tạo ra những enzyme có tính chuyên hoá thấp để khởi đầu những phản ứng oxy hoá trong lignin. Những bước khởi đầu trong sự depolymer hoá lignin bằng nấm mục trắng được xúc tác bằng enzyme không chuyên hoá dẫn tới một chuỗi phản ứng đa dạng. Sự oxy hoá không chuyên hoá của lignin được Kirk và Farrell gọi là quá trình “đốt cháy bằng enzyme”. Đến năm 1928, những nghiên cứu cho thấy tất cả các nấm mục trắng có hoạt động phenoloxidase ngoại bào. Kể từ phát hiện đó, vai trò của phenoloxidase (gồm peroxidase và laccase) trong sự phân hủy lignin được tranh luận nhiều hơn. Một nghiên cứu kỹ về những enzyme ngoại bào kết hợp với sự phân hủy lignin dẫn tới sự khám phá ra peroxidase ngoại bào ở Phanerochaete chrysosporium. Ngày nay người ta cho rằng hệ thống phân hủy lignin trong Phanerochaete chrysosporium bao gồm một tập hợp các enzyme là lignin peroxidase, manganese peroxidase và những enzyme tạo ra H2O2. Ngoài ra còn có một enzyme phân hủy lignin khác là laccase không được tạo ra bởi Phanerochaete chrysosporium nhưng được hình thành do nhiều nấm mục trắng khác. Năm 1983, có 2 nhóm nghiên cứu công bố về sự khám phá ra hoạt động của một enzyme ngoại bào đòi hỏi sự có mặt của H2O2 gọi là lignin peroxidase. Lignin peroxidase được mô tả là một glycoprotein chứa khoảng 15% carbohydrate và một nhóm phụ protoporphyrin sắt IX (heme). Lignin peroxidase có trọng lượng phân tử 41.000-42.000 và pH tối thích = 2; dưới pH này, enzyme không ổn định. Họ lignin peroxidase chứa nhiều isozyme, số lượng isozyme khác nhau đối với từng chủng nấm, điều kiện nuôi cấy và kỹ thuật tinh sạch, kỹ thuật phân đoạn. Hoạt độ của enzyme này được đo bằng sự oxy hoá veratryl alcohol cho ra veratraldehyde ở bước sóng 310nm. Lignin peroxidase không có cơ chất chuyên biệt, nó có thể oxy hoá những hợp chất lignin và liên quan đến lignin (có rượu hay không rượu), kết quả là phân cắt nối carbon α và carbon β, nối aryl carbon α, mở vòng thơm, oxy hoá rượu và demethoxyl hoá. Enzyme rất mẫn cảm nên dễ bị bất hoạt bởi H2O2 và hoạt động của nó cũng dễ bị ức chế bởi những thành phần của môi trường lignocellulose như acid ferulic. Veratryl alcohol tăng cường hoạt động của lignin peroxidase trên nhiều cơ chất lignin bằng cách hoạt động như một chất trung gian hay bằng cách bảo vệ enzyme chống lại sự bất hoạt. Hệ thống enzyme của sự phân hủy lignin đại phân tử phải đương đầu với nhiều khó khăn mới có thể hoạt động. Cơ chất là một polymer lớn không tương đồng đòi hỏi phải được tấn công bằng những tác nhân hoặc enzyme ngoại bào. Lignin không chứa những liên kết có thể thủy phân, điều này có nghĩa là các enzyme phải là enzyme oxy hoá. Những enzyme ngoại bào liên quan đến sự phân hủy lignin là lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP), laccase. Thêm vào đó là các enzyme sản xuất ra hydrogen peroxide; glyoxal oxidase (GLOX) và aryl alcohol oxidase (AAO) thuộc nhóm này. LiP và MnP là những glycoprotein chứa haem, chúng cần hydrogen peroxide như một chất oxy hoá. Đa số nấm tiết ra nhiều isoenzyme vào môi trường nuôi cấy chúng. LiP oxy hoá những cấu trúc phụ nonphenolic lignin bằng cách lấy một điện tử và tạo ra những gốc cation và rồi những gốc này bị phân hủy hoá học. MnP oxy hoá Mn(II) thành Mn(III) và rồi oxy hoá những vòng rượu thành những gốc phenoxyl dẫn tới sự phân hủy các hợp chất. Những nghiên cứu trên nhiều nấm mục trắng khác nhau cho thấy MnP xuất hiện nhiều hơn LiP. Trong những năm gần đây, những đặc điểm và vai trò của MnP đã được nghiên cứu rộng rãi. MnP có vai trò chủ yếu trong sự depolymer hoá lignin và chloro-lignin cũng như demethyl hoá lignin và làm trắng bột giấy. Nếu có sự hiện diện của những acid hữu cơ phù hợp thì MnP có thể khoáng hoá một số lượng lớn lignin và những hợp chất kiểu lignin. Bảng 2.2 Các enzyme liên quan đến sự phân hủy lignin và những phản ứng chính:  Enzyme Phần phụ hay cơ chất, chất môi giới Phản ứng hay ảnh hưởng chính Lignin peroxidase ( LiP) H2O2, veratryl alcohol. Oxy hoá vòng thơm thành gốc cation. Manganese peroxidase (MnP) H2O2, Mn, acid hữu cơ như chelator, thiols, các lipid không bão hoà. Oxy hoá Mn(II) thành Mn(III), oxy hoá chelated Mn(III) các hợp chất phenolic thành các gốc phenoxyl; các phản ứng khác với sự hiện diện của các hợp chất thêm vào. Laccase (Lacc) O2, các chất môi giới như hydroxybenzotriazole hay ABTS. Phenol bị oxy hoá thành những gốc phenoxyl; những phản ứng khác với sự hiện diện của những chất môi giới. Glyoxal oxidase (GLOX) Glyoxal, methyl glyoxal. Oxy hoá glyoxal thành acid glyoxylic; sản xuất ra H2O2. Aryl alcohol oxidase (AAO) Rượu thơm (anisyl, veratryl alcohol) Oxy hoá rượu thơm thành aldehyde; sản xuất ra H2O2. Một số enzyme tạo ra H2O2 Nhiều hợp chất hữu cơ. Khử thành H2O2 Laccase là một oxidase chứa đồng, nó sử dụng oxy phân tử như chất oxy hoá, và nó cũng oxy hoá vòng phenol thành những gốc phenoxyl. Nó cũng có khả năng oxy hoá những hợp chất không rượu dưới những điều kiện nào đó, ví dụ phản ứng được bổ sung ABTS hay những phân tử trung gian khác. Đa số nấm mục trắng có thể sản xuất ra laccase. Sự phân tích hệ thống phát sinh loài của nấm mục trắng và các nấm đồng đảm (homo-basidio) khác dựa vào trình tự DNA ribosom có thể cho những hiểu biết mới về những mối quan hệ của những hệ thống phân hủy lignin khác nhau. Sự sản xuất ra LiP có thể là tiêu biểu cho nấm mục trắng, nhưng các chủng được phân loại vào nhóm Euagarics như Pleurotus osteatus, Agaricus bisporus thì thường sản xuất ra MnP và laccase và ít sản xuất ra LiP. Hầu như tất cả nấm mục trắng đều sản xuất ra MnP và laccase nhưng chỉ một số nấm mới có thể sản xuất ra LiP trong khi chỉ có enzyme này mới có thể tấn công các cấu trúc phụ nonphenolic của lignin. 2.5.2 Xạ khuẩn: 2.5.2.1 Vị trí của xạ khuẩn trong VSV Trước thế kỷ 19 người ta xếp xạ khuẩn vào nấm. Về sau do nghiên cứu sâu hơn người ta mới thấy chúng có nhân nguyên thủy, có kích thước nhỏ bé như vi khuẩn nên xếp vào vi khuẩn thật. Năm 1978 Gibbens và Murray chia các vi khuẩn nhân nguyên thủy thành 4 ngành: ngành Gracilicutes (gồm các vi khuẩn gram âm), ngành Tenericutes (gồm xạ khuẩn và các vi khuẩn gram dương), ngành Mendosicutes (gồm các vi khuẩn mà thành tế bào không chứa peptidoglican) và ngành Mollicutes (gồm các vi khuẩn chưa có thành tế bào) Năm 1977 và 1980 Woese và cộng sự chia vi khuẩn nhân nguyên thủy thành 2 giới: giới vi khuẩn thật (Eubacteria) tương đương với 3 ngành Gracilicutes, Tenericutes và Mollicutes theo Gibbens và Murray, giới vi khuẩn cổ (Archaebacteria) tương đương với ngành Mendosicutes. 2.5.2.2 Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn Xạ khuẩn (Actinomycetes) là nhóm vi khuẩn thật(Eubacteria). Chúng có khuẩn lạc khô và đa số có dạng hình phóng xạ (actino-) nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm (myces). Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Số lượng đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU- colony-forming unit) xạ khuẩn trong 1g đất thường đạt tới hàng triệu. Trên môi trường đặc đa số xạ khuẩn có hai koại khuẩn ty: khuẩn ty khí sinh (aerial mycelium) và khuẩn ty cơ chất (substrate mycelium). Nhiều loại chỉ có khuẩn ty cơ chất nhưng cũng có loại (như chi Sporichthya) lại chỉ có khuẩn ty khí sinh. Đường kính khuẩn ti xạ khuẩn thay đổi trong khoảng từ 0.2 – 1.0 µm đến 2 - 3µm Giữa khuẩn lạc thường thấy có nhiều bào tử màng mỏng gọi là bào tử trần (conidia hay conidiospores). Nếu bào tử nằm trong bào nang (sporangium) thì được gọi là nang bào tử hay bào tử kín (sporangiospores). Bào tử ở xạ khuẩn được sinh ra ở đầu một số khuẩn ty theo kiểu hình thành các vách ngăn (septa). Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, thường có tỷ lệ GC trong ADN cao hơn 55%. Trong số khoảng 1000 chi và 5000 loài sinh vật nhân sơ đã công bố có khoảng 100 chi và 1000 loài xạ khuẩn. Xạ khuẩn phân bố chủ yếu trong đất và đóng vai trò rất quan trọng trong chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Chúng sử dụng acid humic và các chất hữu cơ khó phân giải khác trong đất. Mặc dù xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật nhân sơ nhưng chúng thường sinh trưởng dưới dạng sợi và thường tạo nhiều bào tử. Thậm chí một số loại xạ khuẩn còn hình thành túi bào tử như chi Streptosporangium, Micromonospora và bào tử di động như chi Actinoplanes, Kineosporia. Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10 dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài. Hiện nay, 478 loài đã được công bố thuộc chi Streptomyces và hơn 500 loài thuộc tất cả các chi còn lại và được xếp vào nhóm xạ khuẩn hiếm. Xạ khuẩn xuất hiện khi trong khối ủ có bổ sung 1/3 rơm rạ, khi nhiệt độ khối ủ tăng lên là khi xạ khuẩn phát triển mạnh. Hình 2.10: Một số chi xạ khuẩn: A-Microtetraspora B- Planomonospora C- Actinosynnema D- Actinobispora E- Saccharothrix F- Crosiella. Đặc tính của xạ khuẩn là khả năng tiết kháng sinh (antibiotic), dùng làm thuốc điều trị bệnh cho người và gia súc và cây trồng. Xạ khuẩn còn có khả năng sinh ra các vitamin thuộc nhóm B, một số acid amin và các acid hữu cơ. Xạ khuẩn còn có khả năng tiết ra các enzym (proteas, amylaz...) và trong tương lai có thể dùng xạ khuẩn để chế biến thực phẩm thay cho nấm và vi khuẩn vì nấm có thể sinh ra aflatonxin độc cho người và gia súc. 2.5.3 Nấm Trichoderma: 2.5.3.1. Nguồn gốc và phân loại Nấm được xem là nhóm nguyên sinh động vật đa bào, không quang hợp và dị dưỡng. Hầu hết các loại nấm có khả năng phát triển trong điều kiện có độ ẩm thấp, là điều kiện không thích hợp cho vi khuẩn. Thêm vào đó, nấm có thể chịu được môi trường có pH khá thấp. Giá trị pH tối ưu cho hầu hết các nhóm nấm vào khoảng 5, 6; nhưng giá trị pH cũng có thể dao động trong khoảng 2 – 9. Quá trình trao đổi chất của các vi sinh vật này là quá trình hiếu khí chúng phát triển thành các sợi dài gọi là sợi nấm tạo thành từ nhiều tế bào có nhân và có chiều rộng thay đổi trong khoảng từ 4 – 20 µm. Do nấm có khả năng phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ trong nhiều điều kiện môi trường thay đổi rất rộng, nên chúng được sử dụng rộng rãi. Trichoderma là chi khá phổ biến trong tự nhiên, đặc biệt là trong môi trường đất. Theo Gary J. Samuels, Trichoderma ít tìm thấy trong thực vật sống và chúng không sống nội ký sinh với thực vật. Ngày nay, hệ thống phân loại của nấm Trichoderma vẫn chưa rõ ràng và khá phức tạp, do đó có nhiều ý kiến khác nhau đưa ra khi phân loại giống nấm này. Theo Rifai (1969), Barnett H.L v Barry B. Hunter (1972), Trichoderma spp thuộc lớp nấm bất toàn Deuteromycetes (fungi imperfect); thứ tự vị trí phân loại như sau: Giới : Nấm Ngành : Ascomycota Lớp : Deuteromycetes (nấm bất toàn) Bộ : Moniliales Họ : Moniliaceae Giống : Trichoderma spp - Hiện nay, nấm Trichoderma được tìm thấy ít nhất 33 loài. Các loài có hoạt tính xenlulaza cao như Trichoderma koningi, Trichoderma lignorum và Trichoderma viride thuộc họ Deuteromycetes, bộ Moniliales. Hình 2.11: Nấm Trichoderma 2.5.3.2. Đặc điểm sinh hóa Trichoderma có thể sinh rất nhiều loại enzyme ngoại bào như chitinase, glucanase, xylase, lipase, pectinase, cellulase, protease, … để phân hủy xác thực vật và tế bào nấm bệnh trong đời sống hoại sinh và ký sinh của chúng. Sau đây là một số hệ enzyme điển hình ở Trichoderma. Cellulose là chất trùng hợp với tiểu đơn vị là D-glucose nối nhau bởi liên kết beta-1,4-glycosidic, cellulose được sử dụng như một nguồn năng lượng carbon ở rất nhiều vi sinh vật tiết ra cellulase. Hình 2.12: Công thức cấu tạo của cellulase Hệ enzyme cellulase ở Trichoderma spp được phân thành ba lớp: Beta-1,4-D-glucanase (cellobiohydrolase) giải phóng đơn vị cellobiosyl từ chuỗi cellulose. Endo-1,4-D-glucanase phân cắt liên kết glucosidic bên trong cấu trúc cellulose. Beta-1,4-D-glucanase phân cắt cello-oligosaccharide thành glucose khử. Quá trình thuỷ phân cellulose có sự phối hợp của ít nhất 1 enzyme chlobiohydrolase, hai enzyme endoglucanase và một enzyme beta-glucosidase (Hui et al. 2001), Trichoderma reesei RUT C30 được biết là chủng có khả năng tạo nhiều cellulase, Trichoderma hazianum T3 cũng là một chủng rất hiệu quả khi sử dụng để kiểm soát đối với Pythium, chủng này được biết cũng tạo nhiều loại enzyme cellulase. Chitin polysaccharide có nhiều trong tự nhiên, chúng tham gia trong hầu hết cấu trúc polyme ở nấm và côn trùng, công thức hóa học: [C8H13NO5]n. Chitin có cấu tạo và chức năng gần giống với cellulose, trong tự nhiên, chitin là chất hữu cơ chiếm thứ hai sau cellulose về số lượng, chitin thay thế một phần hay toàn bộ cellulose trong thành tế bào của một số loài thực vật. Chitin là chất rắn vô định hình, không tan trong nước và hầu hết các acid, alcol, dung môi hữu cơ khác. Tuy nhiên, chitin có thể bị thủy giải bởi acid vô cơ mạnh (HCl đậm đặc) hoặc bằng enzyme vi sinh vật. Enzyme chitinase l thủy giải chitin, chitinase xúc tác cắt liên kết C1 và C4 của 2 đơn vị: beta-1,4-N-acetylglucosamine (GlcNac). Hệ enzyme chitinase được phân thành 3 lớp (Sahai và Manocha, 1992): Chitobiosidase: enzyme này giải phóng đơn vị diacetylchitobiose. Endochitinase: phân cắt liên kết bền trong cấu trúc chitin ở vị trí bất kì, phóng thích các loại đường đa như chitotetraose, chitotriose,diacetylchitobiose; endochitinase được cho là có vai trò quan trọng trong quá trình kí sinh nấm. Beta-1,4-N-acetylglucosaminedase: phân cắt chitotetraose, chitotriose, diacetylchitobiose thành GlcNac monomer. Glucosamine là sản phẩm phân giải cuối cùng, glucosamine là một đường khử có nhóm amin tự do nên vừa có đặc tính của hexo monosaccharide vừa mang đặc tính của nhóm amino. Người ta đã tinh chế được rất nhiều enzyme chitinase, trong đó phổ biến nhất là endochitinase có kích thước 42 kDa, sau đó là N-acetyl-b-D-glucosaminidase có kích thước 70 – 73 kDa. Ngoài ra cũng có endochitinase 37 kDa và 33 kDa (Cruz và cộng sự, 1992), chitobiosidase kDa (Harman và cộng sự, 1993), exochitinase 28 kDa (Dean và cộng sự, 1998), beta-1,4-N-acetylglucosaminidase 102 kDa có vai trò duy nhất trong việc gây ra sự biểu hiện của các enzyme thủy phân chitin khác nhau nhưng chưa được tinh chế (Harman và cộng sự, 1995). Enzyme chitinase của Trichoderma spp được xem là enzyme có hoạt tính thủy phân mạnh, hoạt động thủy phân của chitinase cũng kết hợp với các enzyme khác như beta-glucanase, sự phối hợp với các enzyme phân giải chitin và glucan đã dẫn đến sự tăng cường hoạt động thủy phân. Tuy nhiên, quan trọng hơn là chitinase làm tăng hiệu quả kháng nấm của các hợp chất không có bản chất enzyme. Theo báo cáo của Lorito và các cộng sự (1994), cho biết có sự phối hợp hoạt động giữa các enzyme thủy phân chitin với các hợp chất tự nhiên cũng như tổng hợp có ảnh hưởng lên màng tế bào (MAC). Beta – glucan trong vách tế bào nấm thường ở dạng beta-1,3-glucan và phần nhánh là dạng beta-1,6-glucan, beta-glucanase cũng là một hệ enzyme quan trọng của Trichoderma spp trong đặc tính kí sinh nấm, gồm 2 lớp enzyme chính: beta-1,3-glucannase và beta-1,6-glucanase.Beta-1,3-glucanase:là enzyme phân cắt liên kết O-glycosidic của beta-1,3-glucan nhờ 2 cơ chế: Exo-beta-1,3-glucanase phân cắt giải phóng glucose ở cuối chuỗi liên kết polyme. Endo-beta-1,3-glucanase cắt lin kết beta ở vị trí bất kì trong chuỗi polysaccharide, giải phóng oligosaccharide. Trichoderma spp phân giải beta-1,3-glucan thường kết hợp giữa hai hoạt tính exo và endo-1,3-glucanase, beta-1,3-glucanase có vai trò chính trong quá trình hoại sinh và ký sinh nấm, ngoài ra beta-1,3-glucanse gip thực vật chống lại mầm bệnh. Các vách tế bào nấm bệnh khác nhau cho chất tạo ra những mức độ hoạt tính khác nhau của enzyme beta-glucanase, bằng chứng trực tiếp cho thấy sự liên quan của beta-glucanase đối với sự ký sinh đã được chứng minh bởi Lorito và cộng sự (1994), và đã tách chiết invitro được một endo-beta-1,3-glucanase 78 kDa có khả năng ức chế sự nảy mầm của bào tử B. cinerea khi phối hợp với một GlcNAcase. Ở một số chủng khác nhau như chủng T – 24, người ta cũng tách chiết được một endo-beta-1,3-glucanase có kích thước tương tự, có khả năng ức chế sự phát triển của Sclerotium rofsii khi kết hợp với một ensochitinase 43 kDa (El-Katatny và cộng sự, 2001), Trichoderma spp cho thấy có thể tạo ra ít nhất l-3 enzyme beta-1,3-glucanase ngoại bào, Lora và cộng sự (1995) đã tạo dạng gen và cDNA của một beta-1,6-endoglucanase có kích thước 43 kDa, có thể ức chế sự phát triển của nhiều nấm bệnh khi phối hợp với các enzyme thủy phân khác. Beta-1,6-glucanase: trong điều kiện đặc biệt, Trichoderma spp tiết beta-1,6-glucanase, enzyme này phân cắt liên kết beta-1,6-glucan trong vách tế bào nấm. Theo Delgado và Jarana (2000) khi khảo sát trên Trichoderma spp đã xác định nhiều loại protease khác nhau tùy thuộc điều kiện môi trường có pH thấp và bổ sung chitin, glucose, amon, … Trichoderma spp tiết ra protease acid như là tác nhân điều hòa, để đáp ứng nhu cầu phân hủy những protein ngoại bào như chitinase, glucanase, cellulase, ngược lại protease có tính base hoặc trung tính được Trichoderma spp sinh ra trong môi trường có nguồn C khó bị phân hủy như vách tế bào nấm. Người ta đã tách chiết được một protease 42 kDa không nhạy cảm với pepsatin có liên quan đến sự giảm sút enzyme cellulase từ T.reesei QM 9414 trong điều kiện tạo cellulase (Haab và cộng sự, 1990). Trong một nghiên cứu khác của Dunaevesky và cộng sự (2000), một protease 73 kDa thuộc nhóm protease serin đã được tách chiết từ việc nuôi cấy Trichoderma spp. Protease của Trichoderma spp có vai trò trong việc tấn công ký chủ bằng cách thủy phân protein vốn l một phần của bộ khung vách tế bào. Gliotoxin l chất kháng sinh từ nấm Trichoderma spp, gliotoxin không bền và dễ bị phân hủy nhanh trong ánh sáng, phổ kháng sinh của gliotoxin bao gồm vi khuẩn (chủ yếu l vi khuẩn gram dương) và các nấm gây bệnh khác, hoạt tính kháng sinh của gliotoxin liên quan đến sự có mặt của phân tử lưu huỳnh trong cấu tạo của chúng.. Theo Dennis và Webster, Trichoderma spp có khả năng tiết Trichodermin, tạo ra các polypeptide có bản chất kháng sinh. Trichozianine là kháng sinh peptaibol có hoạt tính kháng nấm được phát hiện ở Trichoderma spp, Trichozianine kết hợp với những enzyme thủy phân vách trong quá trình ức chế sự nẩy mầm và kéo dài tơ nấm trong quá trình ký sinh nấm (Schirmbock, 1994).Trichothecene từ Trichoderma spp có hoạt tính kháng nấm (Corley et al, 1994). Tricholin l protein bất hoạt ribosome do T. vir tiết ra, chúng làm giảm sự hình thành chuỗi polysome. Viridiofungin l hợp chất aminoacyl alkyl citrate của Trichoderma spp, kháng sinh này có phổ rất rộng. Claydon (1987) xác định được chất alkylpyrons dễ bay hơi do Trichoderma spp ức chế nấm R. sola gây bệnh héo rũ trên cải trong điều kiện invitro. Bảng 2.3: Các phương pháp xác định hoạt tính cellulase Đo hoạt tính Cơ chất Phương pháp xác định Tác giả Hoạt tính hòa tan Giấy lọc Aicel Cellulose azur Giảm trọng lượng Đo mật độ quang Đo mật độ quang Halliwell v Riaz (1970) Lrisola v Linko (1976) Leisola v Linko (1976) Endoglucanase CMC, HEC Đường khử Mandel v Weber (1969) Cellulose tẩm H3PO4 Giảm độ nhớt Almin v Eriksson(1967) Exoglucanase Avicel, giấy lọc Đường khử Mandels v Weber (1969) Beta-glucosidase Cellobiose Glucose Selby v Maitland (1967) Wood và McCrae (1972) đã chứng minh rằng hoạt tính exoglucanase (được tinh chế) có khả năng phân cắt mạch cellulose (được xử lí với acid phosphoric) nhưng hoạt động trên CMC rất chậm. Sản phẩm phần lớn là cellobiose (95%). Endoglucanase phân cắt ngẫu nhiên các liên kết beta-1,4-glucosid ngay ở vùng trong của chuỗi cellulose được xử lí với acid phosphoric và cũng phân cắt các dẫn xuất của cellulose như CMC và HEC (hydroxylethyl cellulose). Vì bản chất của cơ chất lẫn enzyme đều phức tạp, nên việc phân tích hoạt lực cellulase cũng không đơn giản. Cellulase thu nhận được từ các vi sinh vật khác nhau cho thấy có nhiều dữ liệu khác nhau. Thành phần của enzyme từ cùng một chủng vi sinh vật phụ thuộc nhiều vào phương pháp lên men, thành phần môi trường và các điều kiện lên men. Cơ chất để phân tích hoạt động phối hợp của endoglucanase, exoglucanase và beta-glucosidase là cellulose tinh thể không tan như Avicel, Solkfloc và đặc biệt là giấy lọc. Tuy nhiên, việc tiêu chuẩn hóa các cơ chất này rất khó, vì bản chất đại phân tử của chúng như mức độ polyme hóa, mức độ tinh thể, mức độ tinh sạch và nguồn gốc của cơ chất, tất cả đều ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Các cơ chất phân tử nhỏ như p-nitrophenol-beta-glucosidase, cellobiose hoặc oligocellulodextrin là cơ chất lí tưởng để chuẩn hóa việc phân tích hoạt tính cellulase. Tuy nhiên, các cơ chất này không thích hợp cho họat động phối hợp của cả hệ cellulase mà chỉ thích hợp cho beta-glucosidase. Nấm đối kháng Trichoderma có khả năng tiêu diệt và khống chế ngăn ngừa các loại nấm bệnh hại cây trồng gây bệnh xì mủ, vàng lá thối rễ, chết yểu, héo rũ như: Rhizoctonia solani, Fusarium, Pythium, Phytophthora sp., Sclerotium rolfsii…. Cơ chế tác động là do Trichoderma tiết ra một enzym làm tan vách tế bào của các loài nấm khác, sau đó nó tấn công vào bên trong loài nấm gây hại đó và tiêu diệt chúng. Tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật cố định đạm phát triển sống trong đất trồng. Kích thích sự tăng trưởng và phục hồi bộ rễ cây trồng. Phân giải tốt các chất xơ, chitin, lignin, pectin … trong rác thải hữu cơ thành các đơn chất dinh dưỡng, giúp cho cây hấp thu được dễ dàng. 2.6 Chế phẩm khử mùi EM: Chế phẩm sinh học EM (Effective Microorganisms) có nghĩa là các vi sinh vật hữu hiệu, đang được ứng dụng rộng rãi với mục đích cải tạo nguồn nước (làm trong sạch, khử mùi hôi); tăng sức đề kháng cho vật nuôi, cây trồng; góp phần cải thiện môi trường (khử mùi hôi chuồng trại, rác thải sinh hoạt)... Hình 2.13: Chế phẩm sinh học khử mùi EM Chế phẩm này do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa - trường Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản sáng tạo và áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980. Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. 80 loài vi sinh vật này được lựa chọn từ hơn 2000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ lên men. Chế phẩm EM được giới thiệu tác dụng về nhiều mặt: Phân huỷ nhanh các chất hữu, khử mùi hôi thối. Ngăn cản quá trình oxi hoá. Thúc đẩy quá trình quang hợp tạo diệp lục. Tăng khả năng kháng bệnh và sâu bọ của cây trồng. EM được thử nghiệm tại nhiều quốc gia : Mỹ, Nam Phi, Thái Lan, Philippin,Trung Quốc, Braxin, Nhật Bản, Singapore, Indonexia, Srilanca, Nepal,Việt Nam, Triều Tiên, Belarus...và cho thấy những kết quả khả quan. 2.6.1 Tác dụng của EM trong trồng trọt : EM có tác dụng đối với nhiều loại cây trồng (cây lương thực, cây rau màu, cây ăn quả…) ở mọi giai đoạn sinh trưởng, phát triển khác nhau. Những thử nghiệm ở tất cả các châu lục cho thấy rằng EM có tác dụng kích thích sinh trưởng, làm tăng năng suất và chất lượng cây trồng, cải tạo chất lượng đất. Cụ thể là : Làm tăng sức sống cho cây trồng, tăng khả năng chịu hạn, chịu úng và chịu nhiệt. Kích thích sự nảy mầm, ra hoa, kết quả và làm chín (đẩy mạnh quá trình đường hoá) Tăng cường khả năng quang hợp của cây trồng Tăng cường khả năng hấp thụ và hiệu suất sử dụng các chất dinh dưỡng Kéo dài thời gian bảo quản, làm hoa trái tươi lâu, tăng chất lượng bảo quản các loại nông sản tươi. Cải thiện môi trường đất, làm cho đất trở nên tơi xốp, phì nhiêu. Hạn chế sự phát triển của cỏ dại và sâu bệnh. 2.6.2 Tác dụng của EM trong chăn nuôi : Làm tăng sức khoẻ vật nuôi, tăng sức đề kháng và khả năng chống chịu đối với các điều kiện ngoại cảnh. Kích thích khả năng sinh sản. Tăng sản lượng và chất lượng trong chăn nuôi. Tiêu diệt các vi sinh vật có hại, hạn chế sự ô nhiễm trong chuồng trại chăn nuôi. Điều kỳ diệu ở đây là : EM có tác dụng đối với mọi loại vật nuôi, bao gồm các loại gia súc, gia cầm và các loài thuỷ, hải sản. 2.6.3 Tác dụng của EM trong xử lý môi trường Do có tác dụng tiêu diệt các vi sinh vật gây thối (sinh ra các loại khí H2S, SO2,NH3…) nên khi phun EM vào rác thải, cống rãnh, toilet, chuồng trại chăn nuôi… sẽ khử mùi hôi một cách nhanh chóng. Đồng thời số lượng ruồi, muỗi, ve, các loại côn trùng bay khác giảm hẳn số lượng. Rác hữu cơ được xử lý EM chỉ sau một ngày có thể hết mùi và tốc độ mùn hoá diễn ra rất nhanh. Trong các kho bảo quản nông sản, sử dụng EM có tác dụng ngăn chặn được quá trình gây thối, mốc. Các nghiên cứu cho biết chế phẩm EM có thể giúp cho hệ vi sinh vật tiết ra các enzym phân huỷ như lignin peroxidase. Các enzym này có khả năng phân huỷ các hoá chất nông nghiệp tồn dư, thậm chí cả dioxin. Ở Belarus, việc sử dụng EM liên tục có thể loại trừ ô nhiễm phóng xạ. Như vậy, có thể thấy rằng EM có tác dụng rất tốt ở nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Nhiều nhà khoa học cho rằng EM với tính năng đa dạng, hiệu quả cao, an toàn với môi trường và giá thành rẻ (mỗi lần phun EM cho 1 sào Bắc Bộ 360 m2 hết khoảng 1000 đồng) - nó có thể làm lên một cuộc cách mạng lớn về lương thực, thực phẩm và cải tạo môi sinh. Tác giả của công nghệ EM, Giáo sư Teruo Higa cũng không nghĩ rằng EM có tác dụng rộng lớn đến như thế. Ông mong muốn các nhà khoa học trên thế giới cùng cộng tác để tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm và hoàn thiện chế phẩm EM. Năm 1989, tại Thái Lan đã tổ chức Hội nghị Quốc tế Nông nghiệp Thiên nhiên Cứu thế. Các nhà khoa học đã thảo luận về giá trị của công nghệ EM và tăng cường sử dụng nó. Nhờ vậy, Mạng lưới Nông nghiệp Thiên nhiên Châu Á - Thái Bình Dương (APNAN) được thành lập, đã mở rộng hoạt động tại 20 nước trong vùng và tiếp xúc với tất cả các lục địa trên thế giới. Đến nay, có khoảng 50 nước tham gia chương trình nghiên cứu ứng dụng EM và các nước : Mỹ, Trung Quốc, Braxin, Thái Lan…đã trực tiếp nhập công nghệ EM từ Nhật Bản. Hiện nay, EM có thể sản xuất được tại trên 20 quốc gia trên thế giới. 2.6.4 Nguyên lý của công nghệ EM Một số tài liệu tiếng Việt đã nêu lên vai trò cụ thể của từng nhóm vi sinh vật trong EM. GS. Teruo Higa cho biết chế phẩm EM giúp cho quá trình sinh ra các chất chống oxi hoá như inositol, ubiquinone, saponine, polysaccharide phân tử thấp, polyphenol và các muối chelate. Các chất này có khả năng hạn chế bệnh, kìm hãm các vi sinh vật có hại và kích thích các vi sinh vật có lợi. Đồng thời các chất này cũng giải độc các chất có hại do có sự hình thành các enzym phân huỷ. Vai trò của EM còn được phát huy bởi sự cộng hưởng sóng trọng lực (gravity wave) sinh ra bởi các vi khuẩn quang dưỡng. Các sóng này có tần số cao hơn và có năng lượng thấp hơn so với tia gamma và tia X. Do vậy, chúng có khả năng chuyển các dạng năng lượng có hại trong tự nhiên thành dạng năng lượng có lợi thông qua sự cộng hưởng. 2.7 Nguồn rác thải 2.7.1 Địa điểm thu gom rác thải Huyện Củ Chi có tọa độ địa lý từ 10053’00” đến 10010’00” vĩ độ Bắc và từ 106022’00” đến 106040’00” kinh độ Đông, nằm ở phía Tây Bắc TP.Hồ Chí Minh, gồm 20 xã và một thị trấn với 43.450,2 ha diện tích tự nhiên, bằng 20,74% diện tích toàn Thành Phố. - Phía Bắc giáp huyện Trảng Bàng tỉnh Tây Ninh. - Phía Đông giáp tỉnh Bình Dương. - Phía Nam giáp huyện Hóc Môn, TP.Hồ Chí Minh. - Phía Tây giáp tỉnh Long An. Thị trấn Củ Chi là trung tâm kinh tế - chính trị - văn hóa của huyện, cách trung tâm Thành phố 50Km về phía Tây Bắc theo đường xuyên Á. Địa hình huyện Củ Chi nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Tây nam bộ và miền sụt Đông nam bộ, với độ cao giảm dần theo 2 hướng Tây bắc – Đông nam và Đông bắc – Tây nam. Độ cao trung bình so với mặt nước biển từ 8m – 10m. Ngoài ra địa bàn huyện có tương đối nhiều ruộng, đất đai thuận lợi để phát triển nông nghiệp so với các huyện trong Thành phố. Huyện Củ Chi nằm trong vùng có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mang tính chất cận xích đạo. Khí hậu chia thành hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, với đặc trưng chủ yếu là nhiệt độ tương đối ổn định, cao đều trong năm và ít thay đổi, trung bình năm khoảng 26,60C. Nhiệt độ trung bình tháng cao nhất là 28.80C (tháng 4), nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất 24,80C (tháng 12). Tuy nhiên biên độ nhiệt độ giữa ngày và đêm chênh lệch khá lớn, vào mùa khô có trị số 8 – 100C. Lượng mưa trung bình năm từ 1.300 mm – 1.770 mm, tăng dần lên phía Bắc theo chiều cao địa hình, mưa phân bổ không đều giữa các tháng trong năm, mưa tập trung vào tháng 7, 8, 9; vào tháng 12,tháng 1 lượng mưa không đáng kể. Độ ẩm không khí trung bình năm khá cao 79,5% cao nhất vào tháng 7,8,9 là 80 – 90%, thấp nhất vào tháng 12,1 là 70%. Tổng số giờ nắng trung bình trong năm là 2.100 – 2.920 giờ. Huyện nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của hai hướng gió mùa chủ yếu phân bố vào các tháng trong năm như sau: Từ tháng 2 đến tháng 5 gió Tín phong có hướng Đông Nam hoặc Nam với vận tốc trung bình từ 1,5 – 2,0 m/s; Tháng 5 đến tháng 9 thịnh hành là gió Tây – Tây nam, vận tốc trung bình từ 1,5 – 3,0 m/s 2.7.2 Đặc điểm khu vực thu gom rác làm đề tài Rác thải sinh hoạt làm đề tài được thu gom tại khu vực Tân Qui, địa phận xã Tân Thạnh Tây, huyện Củ Chi thành phố Hồ Chí Minh. Xã Tân Thạnh Tây diện tích 1.124ha, bắc giáp rạch Láng The, nam và tây giáp kênh Địa Phận, đông giáp tỉnh lộ 15 có đặc điểm đất triền thấp ở các hướng gần bờ sông, rạch và cao dần về phía trung tâm và phía đông. xã Tân Thạnh Tây chỉ có khoảng 7.500 dân, mật độ dân số trung bình 6 người/ha sống tập trung ven tỉnh lộ 8 và tỉnh lộ 15. Phần lớn diện tích còn lại của xã là đất nông nghiệp trồng lúa và thổ vườn trồng các loại cây ăn trái và tre, tầm vông... Đất nông nghiệp trồng lúa tập trung ở khu vực phía bắc và phía tây xã, ven rạch Láng The và kênh Địa Phận. Người dân ở đây chủ yếu sống bằng nghề nông và chăn nuôi. Ngoài ra do địa bàn có nhiều dòng chảy nên mùa khô hạn không ảnh hưởng đến nguồn nước mặt và nước ngầm ở đây. Theo định hướng phát triển dân cư, đến năm 2005 dân cư toàn huyện Củ Chi sẽ từ khoảng 270.000 người hiện tại tăng lên khoảng 330.000 người và đến năm 2020 là khoảng 700.000 - 800.000 người, tập trung ở chung quanh các khu thị tứ, trong đó có khu thị tứ Tân Quy giáp xã Tân Thạnh Tây ở phía đông nam. Như vậy trong thời gian tới, khu vực xã Tân Thạnh Tây sẽ là vùng đất phát triển mạnh trở thành một trong những khu thị tứ kết hợp nhà vườn của huyện Củ Chi. Xã Tân Thạnh Tây có hai đường giao thông chính là: đường tỉnh lộ 8 đi qua xã Phước Vĩnh An đến thị trấn Củ Chi nối vào đường xuyên Á (quốc lộ 22) về nội thành và đi Campuchia; tỉnh lộ 15 qua xã Phú Hòa Đông cặp sông Sài Gòn qua vùng phía bắc của huyện Củ Chi vào khu vực Trảng Bàng, Tây Ninh. Ngoài ra còn có đường Tân Phú Trung - Tân Thạnh Tây nối xã Tân Thạnh Tây với khu công nghiệp Tân Phú Trung ở phía tây và khu công nghiệp Tân Quy ở phía đông. Với đặc điểm của tỉnh lộ 8 đi từ tây qua đông chia xã Tân Thạnh Tây ra làm hai phần bắc nam, từ đường tỉnh lộ 8 có nhiều đường liên ấp tỏa vào khu vực đất ruộng lúa ở hai bên. Trước đây, dân cư sống chủ yếu bằng làm nghề nông, nên lượng rác ở khu vực này rất ít, chủ yếu là nhà dân tự xử lý bằng chôn lấp. Tuy nhiên gần đây, các khu công nghiệp, nhà máy được xây dựng tại xã rất nhiều. Kéo theo đó là sự phát triển của các dịch vụ, khu nhà trọ cho công nhân, chợ, bệnh viện. Rác sinh hoạt khu vực này hiện nay được công ty vệ sinh môi trường đô thị thu gom và vận chuyển đến bãi rác và xử lý bằng phương pháp chôn lấp. chủ yếu là chôn lấp tại bãi rác Tam Tân, thuộc ấp Mũi Côn Tiểu, xã Phước Hiệp, huyện Củ Chi. Đặc điểm rác thải khu vực này chủ yếu là rác thải nông nghiệp và rác thải gia đình, với thành phần chủ yếu là rác hữu cơ và các thành phần CTR khác như giấy, gỗ, da, nhựa, vải, nilon, sắt, thủy tinh… Hiện nay đang xây dựng thêm bãi rác số 2, khu liên hợp xử lý chất thải rắn tây bắc TP là tiểu dự án thuộc dự án cải thiện môi trường nước TP.HCM. Mục tiêu của tiểu dự án này là xây dựng bãi chôn rác hợp vệ sinh để tiếp nhận và xử lý rác thải của TP. Dự án có qui mô 187,7ha, gồm 20 ô chôn rác, mỗi ô rộng 4,5ha, tổng công suất tiếp nhận và xử lý rác khoảng hơn 18,2 triệu tấn, công suất xử lý rác trong ngày từ 3.000 - 3.500 tấn, thời gian vận hành bãi rác là 15 năm. Trạm xử lý nước thải và khí thải rộng 0,78ha với công suất thu gom và xử lý tối đa 800m3 nước thải/ngày và 117.720m3  khí thải/ngày. Tổng mức đầu tư  gần 800 tỉ đồng, trong đó đền bù giải tỏa hơn 117 tỉ đồng. Thời gian thực hiện dự án giai đoạn 1 từ 2003 đến năm 2007, giai đoạn 2 từ 2007-2016. Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Vật liệu, hóa chất: 3.1.1 Môi trường nuôi cấy: - Môi trường Raper dùng để nuôi cấy, nhân giống, khảo sát sự tăng trưởng giống, giữ giống (Raper 1966). Thành phần gồm: Pepton 2g Yeast extract 2g MgSO4.7H2O 0,5g K2HPO4 1g KH2PO4 0,46g Glucose 20g Agar 20g - Môi trường CMC, thành phần gồm: CMC (Cacboxyl Methyl Cellulose) 15g Agar 20g Thêm nước cất đủ 1lít. Hấp khử trùng bằng nồi autoclave ở 1 atm trong 30 phút. - Môi trường lignin: Lignin 1g Agar 20g Cho lignin vào nước cất, điều chỉnh pH=4 bằng HCl 0,1N; đun nóng để lignin tan hoàn toàn. Thêm nước cất đủ 1lit, hấp khử trùng bằng autoclave ở 1atm trong 30 phút - Môi trường PGA Khoai tây 200 gam Glucose 20 gamAgar 20 gamNước 1000ml - Môi trường lúa để nhân giống trung gian. Thành phần gồm: Lúa 1kg Bột bắp 100g Nước 600 – 700ml - Môi trường mùn cưa sản xuất meo giống đại trà để tiến hành ủ compost: Mùn cưa 10kg Vitamin B1 300mg MgSO4 10g Bổ sung nước đạt độ ẩm khoảng 60%. Hấp khử trùng trong autoclave ở 1 atm trong 60 phút. 3.1.2 Dụng cụ và thiết bị - Bình định mức 50ml, 100ml, ống nghiệm, petri đường kính 9cm, erlen 250ml, 500ml, eppendorf loại 500ml, 1,45 ml, 2ml, que cấy, que trải, dao cấy, đèn cồn. - Bình hút ẩm - Tủ sấy MEMMERT (Germany) - Tủ cấy vô trùng - Autoclave - Cân phân tích - Bếp điện, microwave - Máy đo pH - Máy lắc Stuart Scientific - Tủ ấm (MEMMERRT) - Tủ lạnh - Thiết bị vô cơ hóa mẫu (lò nung) - Máy chụp hình - Bộ pipetman 0,5 - 10ml, 10-100ml, 200 - 1000ml 3.1.3 Các chủng VSV: 3.1.3.1 Chủng nấm Phanerochaete chrysosporium Chủng Phanerochaete chrysosporium gốc ngoại (Đài Loan) do Bảo tàng Giống chuẩn vi sinh vật – Đại học Quốc gia Hà Nội cung cấp dùng trong nghiên cứu hiện đang được lưu giữ tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ sinh hoc, Đại học Khoa Học Tự nhiên, TP. Hồ Chí Minh. 3.1.3.2 Nấm Trichoderma Chủng Trichoderma được lấy từ Phòng các chất có hoạt tính sinh học Viện sinh học nhiệt đới. Chủng được nuôi cấy trong ống thạch nghiêng chứa môi trường PGA ở 300C. 3.1.3.3 Xạ khuẩn Xạ khuẩn mọc tự nhiên khi bổ sung rơm khô vào đống ủ với tỉ lệ 3%, sau 2 đến 3 ngày nhiệt độ tăng cao tạo điều kiện cho xạ khuẩn phát triển. 3.2 Các phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Phương pháp nhân giống và khảo sát chủng Phanerochaete chrysosporium Chủng giống gốc lấy về bảo quản ngay ở nhiệt độ 40C (ngăn lạnh của tủ lạnh). Pha môi trường Raper như công thức ở trên, hấp khử trùng bằng Autoclave ở 1210C trong 30 phút, lấy ra đổ ống thạch nghiêng, để nguội rồi cho vào tủ cấy vô trùng cấy chuyền giống gốc sang. Bảo quản ở nhiệt độ phòng sau 4 ngày thấy nấm ăn đầy mặt thạch, đem bảo quản ở ngăn lạnh tủ lạnh. Tơ nấm của chủng Phanerochaete chrysosporium ở nhiệt độ phòng (300C ± 10C) được cấy lên môi trường agar-lignin và agar-CMC trong ống nghiệm và đĩa petri. Theo dõi sự phát triển sợi tơ. Đo độ lan tơ của chủng. Nhân giống cấp 2 là bước nhân giống đại trà để đưa ra ủ rác làm compost. Chuẩn bị môi trường cấp 2 là môi trường lúa. Chọn mua những hạt lúa tốt, không bị lép, không bị sâu bệnh. Ngâm hạt lúa trong nước vôi 2% trong 24 tiếng, lấy ra rửa sạch và nấu ở nhiệt độ sôi vừa phải trong 20 phút. Hạt lúa nấu đạt yêu cầu là hạt lúa vừa chớm nứt. Sau khi nấu xong vớt ra để nguội, bổ sung 10% bột bắp, độ ẩm đạt 50-60% là vừa. Hỗn hợp được cho vào bình tam giác 250ml, nút bông và hấp khử trùng bằng Autoclave 1210C, 30 phút. Lấy ra để nguội và cấy giống từ ống nghiệm sang. Bảo quản ở nhiệt độ phòng sau 14 ngày thấy tơ nấm ăn trắng chai. Giống cấp 3 được cấy trên môi trường mạt cưa cao su xin từ một trại nấm, mạt cưa bổ sung: 5% rỉ đường. 5% bột bắp. Ẩm đạt 50-60%. Trộn đều, cho vào bịch nilon có làm cổ (giống như bịch trồng nấm), nút bông gòn và hấp khử trùng 1000C trong 5 tiếng. (hấp bằng thùng phuy). Lấy ra để nguội và cấy giống từ môi trường lúa cấp 2 sang. Bảo quản ở nhiệt độ phòng sau 19 ngày thấy tơ ăn trắng bịch. Đây là meo giống chủng Phanerochaete chrysosporium đem ủ với rác làm compost. 3.2.2 Phương pháp khảo sát nấm Trichoderma: 3.2.2.1 Khảo sát khả năng phân hủy của nấm Trichoderma Hình 3.1: Chế phấm BIMA, nguồn bổ sung nấm Trichoderma Pha môi trường CMC như mục 3.1.2, hấp khử trùng ở 1210C/15 phút, đổ vào đĩa petri vô trùng một lớp thạch dày khoảng 2 – 5 mm. Chờ cho môi trường đông đặc lại, dùng que cấy móc lấy một ít bào tử nấm mốc từ ống giống cấy vào ngay giữa đĩa thạch một điểm. Ủ ở nhiệt độ phòng trong hai ngày, sau đó nhuộm đĩa bằng thuốc thử Lugol. Quan sát và đo vòng phân giải CMC của các chủng nấm mốc. 3.2.2.2 Khảo sát tính kháng nấm bệnh của chủng Trichoderma Pha môi trường PGA, sau khi hấp vô trùng ở nhiệt độ 1210C/25 phút, đổ vào các đĩa petri vô trùng một lớp thạch dày khoảng 2 – 5 cm. Vẽ trên nắp đĩa một đường thẳng chia đôi đĩa làm 2 phần. Mỗi phần sẽ cấy một điểm là chủng nấm mốc và phần kia sẽ cấy một chủng nấm bệnh. Ủ đĩa ở nhiệt độ phòng trong thời gian 3 ngày rồi quan sát sự ăn tơ của chủng nấm Trichoderma với nấm bệnh Fusarium oxysporum gây bệnh thối rễ ở cây trồng. 3.2.3 Phương pháp ủ compost: Rác thải sinh hoạt được thu gom về sau đó tách lựa thủ công. Dùng dao xé các bao nilon đựng rác ra, sau đó tách lựa các loại rác vô cơ khó phân hủy như túi nilon, kim loại, cao su (vỏ xe, ruột xe...), các loại cây que lớn, thủy tinh, chai lọ....đem đốt bỏ, phần nào không đốt bỏ được thì chôn lấp. Sau đó dùng dao và thớt để băm nhỏ rác. Trộn đều rác cùng với rơm đã băm nhỏ, mục đích để tạo điều kiện cho xạ khuẩn phát triển, sinh kháng sinh chống lại các nấm gây bệnh. Ngoài ra xạ khuẩn còn tiết ra vitamin thuộc nhóm B, một số acid amin và các acid hữu cơ làm tăng hàm lượng dinh dưỡng cho sản phẩm compost. Xạ khuẩn còn có khả năng tiết ra các enzym (proteas, amylaz...) giúp tăng nhanh tốc độ phân giải của quá trình ủ. Trộn meo giống chủng Phanerochaete chrysosporium dạng bịch mạt cưa. Hình 3.2: Bố trí các đống ủ. Rác sau đó được phun chế phẩm EM khử mùi theo công thức ghi trên hộp (10ml pha loãng ra 1000ml, phun cho 100kg rác). Đem rác ra ủ thành đống chiều cao 1 mét tính từ mặt đất. Hình 3.3: Thiết kế chi tiết 1 đống ủ Phun EM khử mùi 3 ngày liên tục, 3 lần/1 ngày để khử mùi, không làm ảnh hưởng đến các hộ gia đình xung quanh. Dùng 3 nhiệt kế thủy ngân cắm vào đống rác để đo nhiệt độ trong quá trình ủ. Ghi nhận lại sự biến thiên nhiệt độ tới khi nhiệt độ không còn biến thiên nữa. Trong cùng thời gian đó, ghi nhận sự giảm thể tích của đống ủ. Do điều kiện ủ là hiếu khí nên đống ủ thường xuyên được đảo trộn, 3-4 ngày đảo 1 lần. Sau khi nhiệt độ đống ủ không còn biến thiên nữa, ta bổ sung chế phẩm BIMA (nấm Trichoderma). Sở dĩ ta không bổ sung Trichoderma ngay từ đầu là vì trong quá trình nhiệt độ lên cao sẽ làm bất hoạt khả năng phân hủy của nấm Trichoderma. Tỉ lệ trộn là 1/20. Song song với ủ 3 đống như vậy, ta ủ một đống rác tương tự như trên nhưng không bổ sung VSV làm đối chứng. Nhiệt độ tạo ra do quá trình chuyển hóa sinh học trong khối chất thải ủ đóng vai trò quan trọng là tạo điều kiện tối ưu cho quá trình phân giải. Tạo ra những chất an toàn cho VSV sử dụng. Khi nhiệt độ tăng lên 60-650C sẽ làm giảm quá trình oxy hóa sinh học, nhiệt độ thuận lợi cho các phản ứng sinh học trong khối chất thải ủ là 550C. Các VSV có tác dụng thúc đẩy các quá trình oxy hóa sinh học vừa có tác dụng tiêu diệt các VSV gây bệnh. Nhiệt độ được điều chỉnh bằng hai yếu tố là cường độ thổi khí và độ ẩm khối ủ. pH tối ưu cho quá trình ủ nằm trong khoảng trung tính, khi acid hữu cơ bay hơi tạo ra thì pH trong khối ủ sẽ giảm. Sau một thời gian nhất định, pH lại trở về vùng trung tính. 3.2.4 Phương pháp kiểm tra độ ẩm Việc lấy mẫu được tiến hành sao cho mẫu kiểm tra phải là đại diện cho đống ủ. Mỗi đống ủ lấy mẫu tại 5 vị trí khác nhau đó là chính giữa tâm đống ủ và 4 vị trí cách đều tâm đống ủ về 4 phía. Độ ẩm của đống đối chứng được lấy từ đống đối chứng, độ ẩm mẫu là trung bình của 3 đống ủ mẫu. m1 – m2 m1 - mc Cho mẫu vào cốc thủy tinh đã biết trước khối lượng (mc), sau đó cân xác định khối lượng mẫu và cốc (m1). Cho cốc chứa mẫu vào tủ sấy 1000C trong 2 giờ. Lấy cốc ra để nguội trong bình hút ẩm. Cân xác định khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy (m2). Độ ẩm được tính bằng công thức: Độ ẩm (%) = x100 3.2.5 Phương pháp kiểm tra nhiệt độ Trên mỗi đống ủ cắm 5 nhiệt kế thủy ngân vào 5 vị trí xung quanh đống ủ. Ghi nhận nhiệt độ 4 ngày 1 lần. Ghi nhận lại kết quả. 3.2.6 Phương pháp kiểm tra pH Dùng giấy quì tím áp sát vào vị trí cần xác định, khi thấy quì tím đã ướt đưa ra khỏi khu vực kiểm tra. So sánh màu giấy với thang đo pH, ghi nhận giá trị đọc được. 3.2.7 Phương pháp đo N, P, K và C tổng 3.2.7.1 Phương pháp đo N tổng bằng phương pháp Kjeldhal Nguyên tắc: Hàm lượng Nitơ tổng số được xác định theo phương pháp Kjeldhal. Chuyển toàn bộ nitơ trong mẫu thành dạng amôsulfat giải phóng NH3 bằng kiềm, hấp thu NH3 bằng dụng dịch Axit Boric. Nitơ hữu cơ trong mẫu được oxi hóa bằng H2SO4 đặc và sự có mặt cảu các chất xúc tác (CuSO4, selen) chuyển thành Nitơ ở dạng (NH4)2SO4 trong dung dịch. CH2NH2COOH + 3H2SO4 = 2CO2 + NH3 + H2O + 3SO2 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 Phần nhỏ lượng nitơ NO3- trong mẫu cũng được chuyển thành NH3 khi có mặt phenol C6H4(OH)HSO3 + HNO3 = C6H4(OH)NO2 + H2SO4 H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2 C6H4(OH)NO2 + 3H2 = C6H4(OH)NH2 + 2H2O Quá trình tro hoá tiếp tục thì nitơ nhóm amin chuyển thành ammoniac liên kết với H2SO4 thành (NH4)2SO4. Cân 0.1g mẫu cần phân tích vào bình Kjeldhal 250ml (không cho mẫu dính vào thành bình). Rót vào 5ml H2SO4 đ