Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ từ bã thải hạt jatropha sau khi ép dầu...

Tài liệu Nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ từ bã thải hạt jatropha sau khi ép dầu

.PDF
56
523
123

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SẢN XUẤTPHÂN BÓN HỮU CƠ TỪ Bà THẢI HẠT JATROPHA SAU KHI ÉP DẦU Mà SỐ ĐỀ TÀI: 227.11.RD/ HĐ-KHCN CHỦ TRÌ THỰC HIỆN: CN. Lê Thị Xuân Mai 9160 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/ 2011 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ TỪ Bà THẢI HẠT JATROPHA SAU KHI ÉP DẦU Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 227.11.RD/HĐ-KHCN ngày 09/06/2011 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu Chủ trì thực hiện: CN. Lê Thị xuân Mai Tham gia thực hiện: THS. Trần Yên Thảo KS. Nguyễn Đăng Phú KS. Đinh Thị Hà KS. Lại Văn Sấm KS. Huỳnh Thị Trang Thùy KTV. Phan Phạm Như Liên TP. Hồ Chí Minh, tháng 12/ 2011 i LỜI NÓI ĐẦU Sự bền vững của chuỗi sản xuất cây Jatropha-biodiezel được xác định bởi giá trị của bản thân sản phẩm biodiezel và các sản phẩm phụ từ bã hạt sau khi ép dầu (Stephan Mieth, 2009 – Nghiên cứu tính khả thi của sản xuất biodiezel từ canh tác Jatropha tại Việt Nam).Với năng suất và chi phí sản xuất hạt Jatropha hiện tại ở nước ta thì người đầu tư trồng không có lời mà lợi nhuận chính sẽ là ở sản phẩm biodiezel và bã hạt chế biến. Do đó, mục tiêu dài hạn của đề tài là nâng cao hiệu quả kinh tế và môi trường của chuỗi sản xuất cây Jatropha- biodiezel. Trong khuôn khổ đề tài này mục tiêu đặt ra nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ từ bã thải hạt Jatropha sau khi ép dầu, phục vụ sản xuất nông nghiệp. ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... i Mục lục ................................................................................................................. ii Danh mục các bảng .............................................................................................. iv Danh mục các biểu đồ ........................................................................................... v Danh mục các hình ảnh ........................................................................................ vi TÓM TẮT ĐỀ TÀI ........................................................................................... vii MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 1. Cơ sở pháp lý .................................................................................................... 1 2. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................. 1 3. Đối tượng và nội dung nghiên cứu.................................................................... 1 3.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 1 3.2. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................... 1 3.3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................ 3 1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài ............................................................... 3 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước................................................................... 4 1.2.1. Tổng quan về lợi ích của cây Jatropha và các nghiên cứu về nông sinh học ............................................................................................................................... 4 1.2.2. Phân bón hữu cơ và các yếu tố ảnh hưởng ................................................. 5 1.2.3. Lợi ích của phân bón hữu cơ....................................................................... 6 1.2.4. Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ và vai trò của chúng....................... 7 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ......................................................................... 9 2.1. Nguyên liệu: ................................................................................................... 9 2.2. Phương pháp phân tích thành phần lý hóa học của bã hạt Jatropha .............. 9 2.3. Phương pháp thực nghiệm ............................................................................. 9 2.3.1. Phân lập và thu thập giống .......................................................................... 9 2.3.2. Lựa chọn các chủng nấm mốc có khả năng phân hủy bã hạt.................... 10 2.3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy........................... 11 iii 2.3.3.1. Ảnh hưởng của ẩm độ đến quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha............. 11 2.3.3.2. Ảnh hưởng của việc bổ sung chất hữu cơ giàu C đến quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha..................................................................................................... 12 Qui trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha ...................................... 12 2.4. Thực hiện sản xuất thử nghiệm, xác định chất lượng phân bón .................. 12 2.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế............................................................................. 13 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN..................................................... 15 3.1. Phân tích thành phần bã hạt jatropha ........................................................... 15 3.2. Lựa chọn vi sinh vật phù hợp có khả năng phân hủy cao bã hạt ................. 16 3.2.1. Khả năng phân giải CMC.......................................................................... 21 3.2.2. Khả năng sinh trưởng của các chủng nấm mốc trên giấy lọc. .................. 24 3.2.3. Khả năng phân huỷ bã hạt Jatropha .......................................................... 26 3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ bã hạt và xây dựng qui trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha ....................................... 28 3.3.1. Ảnh hưởng của ẩm độ đến quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha................ 28 3.3.2. Ảnh hưởng của các chất hữu cơ giàu C bổ sung đến quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha ......................................................................................................... 29 3.3.3. Ảnh hưởng của lượng bụi xơ dừa bổ sung đến sự phân hủy bã hạt.......... 30 Qui trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha ...................................... 31 3.4. Thực hiện sản xuất thử nghiệm, xác định chất lượng phân bón bã hạt ....... 32 3.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế ............................................................................ 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 39 1. Kết luận ........................................................................................................... 39 2. Kiến nghị ......................................................................................................... 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 40 PHỤ LỤC............................................................................................................ 42 Phụ lục 1. Kết quả các thí nghiệm ...................................................................... 42 Phụ lục 2. Hình ảnh thí nghiệm........................................................................... 45 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Một số chỉ tiêu lý hóa của bã Jatropha sau khi ép dầu ....................... 15 Bảng 3.2. Nguồn phân lập của các chủng nấm mốc vừa được phân lập ............ 16 Bảng 3.3. Hình thái của các chủng nấm mốc phân lập được.............................. 17 Bảng 3.4. Khả năng phân giải CMC của các chủng nấm mốc ........................... 21 Bảng 3.5. Khối lượng CO2 sinh ra (mg) trong quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha theo thời gian đối với các chủng nấm mốc khác nhau........................................ 44 Bảng 3.6. Khối lượng CO2 sinh ra trong quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha ở các ẩm độ cơ chất khác nhau. .................................................................................... 44 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của các nguồn C hữu cơ khác nhau đến sự phân huỷ của bã hạt Jatropha. ........................................................................................................ 45 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của khối lượng bụi xơ dừa đến sự phân huỷ bã hạt Jatropha. .............................................................................................................. 45 Bảng 3.9. Đặc điểm và chất lượng phân bón thực hiện tại phòng ...................... 30 Bảng 3.10. Sự thay đổi về nhiệt độ ở các đống ủ đối chứng và cấy vi sinh ....... 46 Bảng 3.11. Chất lượng phân bón hữu cơ bã hạt Jatropha theo thời gian phân huỷ ................................ 33 Bảng 3.12. Tính toán tổng chi phí sản xuất phân bón hữu cơ bã hạt Jatropha .. 35 Bảng 3.13. Chiều cao cây và năng suất của cây cải xanh và cải ngọt có bón phân hữu cơ bã hạt Jatropha và không sử dụng phân hữu cơ vi sinh .......................... 36 Bảng 3.14. Chiều cao cây, sinh khối và năng suất của cây cải ngọt có bón phân hữu cơ bã hạt Jatropha và không sử dụng phân gà ............................................. 36 Bảng 3.15. Phân tích hiệu quả kinh tế................................................................. 38 v DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ Đồ thị 1. Lượng CO2 sinh ra trong quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha ở các thời gian khác nhau..................................................................................................... 27 Biểu đồ 1. Tổng khối lượng CO2 sinh ra ở sau 24 ngày ủ ................................. 28 Biểu đồ 2. Ảnh hưởng của ẩm độ đến sự phân hủy bã hạt Jatropha theo thời gian. ............................................................................................................................. 29 Biểu đồ 3. Ảnh hưởng của các nguồn chất hữu cơ bổ sung khác nhau đến sự phân hủy bã hạt Jatropha..................................................................................... 29 Biểu đồ 4. Ảnh hưởng của lượng bụi xơ dừa bổ sung đến sự phân hủy bã hạt .. 30 Đồ thị 2. Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phân hủy bã hạt.......................... 32 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Các dạng bã hạt Jatropha sau khi ép dầu. .............................................. 15 Hình 2. Hình thái khuẩn lạc của các chủng nấm mốc sau 3 ngày cấy (A1,A3, A4, A5, A6, A8, A9, A10) và sau 6 ngày cấy (A2, A7)............................................ 19 Hình 3. Hình ảnh dưới kính hiển vi (x100) của các chủng nấm mốc phân lập được sau 3 ngày cấy trên môi trường PGA......................................................... 21 Hình 4. Vòng phân giải CMC của các chủng nấm mốc...................................... 24 Hình 5. Khả năng phát triển của nấm mốc trên môi trường giấy lọc ................. 26 Hình 6. Sản xuất thử nghiệm............................................................................... 34 Hình 7. Chiều cao cây sau 15 ngày cấy .............................................................. 45 Hình 8. Thu hoạch rau cải xanh sau 20 ngày cấy ............................................... 45 Hình 9. Thu hoạch rau cải ngọt sau 20 ngày cấy ................................................ 46 Hình 10. Chiều cao cây cải ngọt của 3 luống sau khi thu hoạch ........................ 46 vii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Bã hạt Jatropha sau khi ép dầu có hàm lượng chất hữu cơ rất cao (lên đến 90%), hàm lượng N cao (3.5%), pH nước 6,2 và ẩm độ thấp (10,4%). Qui trình công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha sau khi ép dầu đã được xác định trong đó chọn lọc được chủng nấm mốc ký hiệu là A12 (Trichoderma harzianum) có hoạt tính phân hủy cao, phù hợp cho sản xuất. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy bã hạt Jatropha và chất lượng phân bón hữu cơ tạo ra là ẩm độ nguyên liệu, loại và hàm lượng chất hữu giàu C bổ sung. Đã sản xuất thử nghiệm 1 tấn phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha. Sản phẩm phân bón hữu cơ bã hạt Jatropha sản xuất theo qui trình này có hàm lượng chất hữu cơ cao (80%), N tổng cao (3,5%), K hữu hiệu cao (3,32%), lân hữu hiệu đạt (1,23%), mật độ Trichoderma harzianum là 1,2x107 CFU/g, ẩm độ 20-25%, pH 6,5-7. Phân bón hữu cơ Jatropha có hiệu quả cao trên cây rau cải xanh và cây cải ngọt, có thể thay thế cho nguồn phân gà và phân bón vi sinh trong sản xuất. Năng suất tăng trung bình là 16.5%, lợi nhuận tăng thêm 29,02 triệu đồng/ha. viii MỞ ĐẦU 1. Cở sở pháp lý/xuất xứ của đề tài - Cơ sở pháp lý: Hợp đồng số 227.11.RD/HĐ-KHCN “Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ” giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu. 2. Tính cấp thiết và mục tiêu của đề tài Stephan Mieth, 2009 đã nghiên cứu tính khả thi của sản xuất biodiezel tại Việt Nam. Kết quả cho thấy trong chuỗi sản xuất Jatropha – biodiezel có phần quan trọng đóng góp vào sự bền vững của chuỗi sản xuất này đó chính là bản thân sản phẩm biodiezel và các sản phẩm phụ sản xuất từ bã hạt sau khi ép dầu. Cụ thể hơn với năng suất và chi phí sản xuất hạt Jatropha hiện tại ở nước ta thì người đầu tư trồng không có lời mà lợi nhuận chính sẽ là ở sản phẩm biodiezel và bã hạt chế biến. Đây chính là bài toán cần giải quyết: một mặt nghiên cứu tăng năng suất cây Jatropha một mặt thúc đẩy sử dụng bã hạt một cách hiệu quả nhất. Trong khi ngành công nghiệp ép dầu hạt Jatropha đang khởi động để đáp ứng đầu tư trồng trồng cây Jatropha trên diện rộng hiện tại thì việc ưu tiên chọn sản phẩm và xác định công nghệ cho sử dụng bã hạt Jatropha cần đặt ra. Bã hạt sau khi ép dầu với hàm lượng protein cao có khả năng trở thành nguyên liệu cho thức ăn gia súc. Bã hạt có đầy đủ các thành phần để trở thành sản phẩm phân bón hữu cơ và là nguồn phân bón hữu cơ tốt cho cây trồng (Bodake P.S., 2008). Công nghệ sản xuất không phức tạp, không đòi hỏi đầu tư lớn và dài hạn cho nghiên cứu vì công nghệ sản xuất các loại phân bón hữu cơ đã được áp dụng rộng rãi trong thực tế. Vấn đề là xác định một số thông số kỹ thuật phù hợp cho sản xuất do nguồn nguyên liệu hữu cơ ban đầu thay đổi (bã hạt Jatropha). Về hiệu quả kinh tế, hiện nay thị trường phân bón hữu cơ rất đa dạng và mang lại nguồn lợi lớn cho nhà sản xuất bên cạnh hiệu quả về bảo vệ môi trường. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha sau khi ép dầu để phục vụ sản xuất nông nghiệp. 3. Đối tượng và nội dung nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là bã hạt Jatropha sau khi ép dầu. 3.2. Mục tiêu nghiên cứu Tận dụng bã thải Jatropha sau khi ép dầu để sản xuất phân bón hữu cơ sinh học, phục vụ sản xuất nông nghiệp. Tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha đạt tiêu chuẩn chất lượng. 1 3.3. Nội dung nghiên cứu - Phân tích nguyên liệu bã hạt Jatropha sau khi ép dầu. - Lựa chọn các chủng vi sinh vật phù hợp, có khả năng phân hủy cao bã hạt. - Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy bã hạt - Xây dựng qui trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha. - Sản xuất thử nghiệm, phân tích chất lượng và đánh giá hiệu quả phân bón hữu cơ sản xuất từ bã hạt Jatropha. - Phân tích hiệu quả kinh tế 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Jatropha curcas còn gọi là cây dầu mè, cây cọc rào, cọc giậu, dầu lai. Nguồn gốc: Mexico. Cây có chiều cao có thể tới 5m. Nhựa màu trắng có độc. Hoa màu vàng, mọc thành chùm. Quả có dạng hình trứng, lúc non thì quả có màu xanh, quả ngả màu vàng khi chín. Hạt có màu đen nhạt và nhẵn.Chúng có thể sống trong điều kiện nhiệt độ 200C – 400C, đất dốc, khô, nghèo dinh dưỡng, đất ô nhiễm, đất sỏi, đất cát ven biển ngoại trừ vùng ngập nước, nơi có lượng mưa khoảng 600-1500mm/năm. Chu kỳ sống của cây này là khoảng 50 năm. Cây cho năng suất cao tới 10-12 tấn/ha, hàm lượng dầu trong hạt cao, trung bình 32-35%. Đây là nguồn nguyên liệu dầu diesel sinh học rất tiềm năng để dần thay thế các tài nguyên nhiên liệu hóa thạch đang càng ngày bị cạn kiệt. Cây Cọc rào có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn các loài cây cho dầu khác về điều kiện gây trồng, năng suất, hàm lượng dầu, về lợi ích môi trường và gắn chặt với đời sống và thu nhập cộng đồng nông thôn. Jatropha curcas là loại cây có rất nhiều ứng dụng có lợi cho con người và môi trường, tất cả các bộ phận của cây đều có tác dụng riêng của nó. Hạt Jatropha có hàm lượng dầu trên 30%, từ hạt ép ra dầu thô tinh luyện được biodiesel và glycerin. Mặc dù biodiesel được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu: cải dầu, hướng dương, đậu tương, dầu cọ, mỡ động vật…, nhưng sản xuất từ Jatropha vẫn có giá thành rẻ nhất, chất lượng tốt, tương đương với dầu diesel hóa thạch truyền thống. Nếu 1 ha Jatropha đạt năng suất 8-10 tấn hạt/ha/năm có thể sản xuất được 3 tấn biodiesel, thay thế được 1 phần dầu diesel truyền thống đang cạn kiệt, giảm thiểu được lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, là loại dầu cháy hết và không có lưu huỳnh, là dầu sạch, thân thiện với môi trường. Sau khi ép dầu, bã ép dầu có hàm lượng N 4,14-4,78%, P2O5 0,5-0,66%, CaO 0,6-0,65%, MgO 0,17-0,21% được sử dụng làm phân hữu cơ rất tốt để bón cho các loại cây trồng, nhất là vùng sản xuất nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp sạch, vừa góp phần sản xuất sản phẩm sạch, vừa nâng cao độ phì của đất. Mỗi ha Jatropha, giả thiết đạt 10 tấn hạt/ha/năm sẽ thu được các loại sản phẩm chủ yếu có giá trị cao như sau: + Dầu diesel sinh học: 3 tấn x 700 USD/tấn = 2100 USD + Bã khô dầu: 7 tấn x 300 USD/tấn= 2100 USD Như vậy 1 ha Jatropha tạo ra giá trị khoảng 4200 USD/năm (gần 90 triệu đồng/ha/năm), lợi nhuận thu được sẽ phân phối cho nông dân sản xuất nguyên liệu và nhà đầu tư. 3 Bảng 1 so sánh thành phần dinh dưỡng của bã hạt Jatropha sau khi ép dầu với phân bò, phân gà, phân vịt và một số phân bón hữu cơ khác. Bảng 1: thành phần N, P, K của bã hạt Jatropha và các loại phân hữu cơ N(%) P(%) K(%) Bã hạt Jatropha 4,40 2,09 1,68 Phân bò 0,97 0,69 1,66 Phân gà 3,04 6,27 2,08 Phân vịt 2,37 2,10 1,09 Phân hữu cơ từ rơm 0,89 0,18 0,68 rạ Phân hữu cơ từ rác 1,25 1,25 0,65 Nguồn: WWW.svlele.com/biofert.htm Bã hạt Jatropha có hàm lượng N cao hơn các loại phân hữu cơ có chất lượng tốt như phân bò, gà, vịt. Chất lượng bã hạt Jatropha cao hơn rất nhiều so với phân hữu cơ từ rơm rạ hay rác. Điều này chứng tỏ nó là nguồn hữu cơ tốt để sản xuất phân bón hữu cơ. Bã hạt Jatropha như là nguồn dinh dưỡng cho cây và cho đất có tác động tốt đến tăng trưởng và năng suất của cây bắp ở vụ trồng sau trong hệ thống hướng dương- bắp (Bodake P.S., Rana D.S., 2008). pH đất, làm tăng độ tơi xốp trong khi hàm lượng chất hữu cơ tăng lên từ công nghiệp chế biến dầu. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước: 1.2.1. Tổng quan về lợi ích của cây jatropha và các nghiên cứu về nông sinh học. Cây Jatropha hiện đang trồng thử nghiệm nhiều nơi như Hà Nội, Bình Dương, Bình Thuận, Thanh Hóa, Bình Phước….bước đầu có triển vọng cao. Xuất phát từ nhu cầu thay thế một phần năng lượng hóa thạch (dầu mỏ) đang ngày càng cạn kiệt bằng năng lượng sinh học sạch hơn, an toàn hơn và bền vững hơn, chính phủ ta từ năm 2007 đã triển khai một số đề án trong lĩnh vực này. Theo đề án “ Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” trong đó mục tiêu sản xuất 250.000 tấn biodiezel/năm vào năm 2015 để đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước, đáp ứng nhu cầu 5% xăng dầu vào năm 2025 (Quyết định 177/2007/QĐ- TTg). Đề án “Nghiên cứu, phát triển và sử dụng sản phẩm cây cọc rào (Jatropha curas.L.) ở Việt Nam giai đoạn 2008 – 2015 và tầm nhìn đến năm 2025” đưa ra mục tiêu phát triển 300.000 ha cây Jatropha năm 2015 và đạt 500.000 ha vào năm 2025. Trên cơ sở các đề án quốc gia như vậy, các viện nghiên cứu đã và đang tiến hành các dự án phát triển Jatropha trong đó chủ yếu nghiên cứu, chọn tạo các giống cây cho năng suất cao, hàm lượng dầu cao để đạt mục tiêu sản xuất dầu biodiezel (Ngô Thị Lam Giang, 2008; Lê Quốc Huy và cs., 2008; Nguyễn Công Tạn, 2008). Các công ty cũng nhập cuộc. Công ty TNHH Núi Đầu đã trồng 150 ha Jatropha tại Lạng Sơn, công 4 ty Green Energy trồng 10 ha tại Sơn La và 5 ha ở Bình Thuận, công ty Minh Sơn (Hà Nội) trồng 30 ha tại Sơn La năm 2007 và 50 ha 2008 tại Nghệ An. Bên cạnh đó còn có hàng loạt các dự án lớn trồng cây Jatropha, đó là, công ty VMAgrotech của Malaysia đang làm thủ tục với tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận để đầu tư trồng 60.000 ha, công ty cổ phần IGC của Nhật dự kiến trồng 200.000 ha, công ty Trường Thịnh sẽ đầu tư trồng 15.000 ha tại Gia Lai, 100.000 ha tại một số tỉnh khác. Đáp ứng nguồn nguyên liệu phát triển thì nghiên cứu và phát triển các sản phẩm thừ cấp bên cạnh sản phẩm chính là biodiezel cần quan tâm và đầu tư vì đây là một phần không thể thiếu trong chuỗi sản xuất Jatropha – biodiezel, nó duy trì sự bền vững của chuỗi sản xuất theo ý nghĩa lợi ích kinh tế và môi trường. Hiện nay, đang có các bàn luận xung quanh vấn đề hiệu quả kinh tế của việc phát triển cây Jatropha làm nguyên liệu sản xuất biodiezel. Nghiên cứu các sản phẩm từ bã thải Jatropha sau khi ép dầu là một trong các hướng nghiên cứu để xác định tính hiệu quả này. 1.2.2. Phân bón hữu cơ và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân huỷ. Phân bón hữu cơ hay compost là sản phẩm của quá trình chuyển hóa vi sinh của các loại chất hữu cơ được thực hiện bởi các vi sinh vật, nấm hoặc xạ khuẩn hoặc cả hai có trong tự nhiên hoặc chủ động cấy vào để phân huỷ các hợp chất hữu cơ thành các chất dễ tiêu hơn, thành các hợp chất mùn khác nhau. Có một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân giải chất hữu cơ để sản xuất phân bón ™ Tỷ lệ C/N của nguyên liệu ủ. Quá trình phân huỷ tùy thuộc vào vi sinh vật, chúng cần cacbon làm nguồn năng lượng và dùng đạm để tổng hợp protein cho cơ thể chúng. Do đó, cần tạo cho nguyên liệu ủ có tỷ lệ C/N nằm trong phạm vi 25-35. Nếu tỷ lệ C/N quá cao thì cần nhiều thời gian để oxy hóa cacbon thành CO2. Nếu tỷ lệ C/N quá thấp thì N dễ mất đi dưới dạng NH3 và làm giảm chất lượng của phân ủ. Có thể phối trộn các nguyên liệu với tỷ lệ C/N khác nhau để tạo ra loại nguyên liệu có tỷ lệ C/N thích hợp. ™ Độ thoáng khí Có 2 dạng sản xuất phân ủ là sản xuất trong điều kiện hiếu khí và trong điều kiện yếm khí. Trong quá trình sản xuất phân ủ trong điều kiện yếm khí, chỉ có một phần các hợp chất hữu cơ bị phân giải hoàn toàn và quá trình này thường gắn liền với việc tạo thành các loại khí như CH4. Đối với quá trình sản xuất phân ủ trong điều kiện hiếu khí thì độ thoáng khí là điều kiện tiên quyết cần có. Có một mối quan hệ chặt chẽ giữa nhiệt độ và sự thay đổi pH theo thời gian trong quá trình sản xuất phân ủ. Ở giai đoạn đầu, pH thường giảm xuống mức 5 5 và lúc này, số lượng nấm trong đống phân ủ chiếm ưu thế. Nhưng khi nhiệt độ tăng nhanh và mạnh, thì pH cũng tăng theo và hoạt tính của vi khuẩn và xạ khuẩn cũng tăng mạnh. Sau đó thì pH giảm xuống và luôn giữ ở mức 7. ™ Chủng vi sinh vật Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ủ chất hữu cơ với các chủng nấm mốc phân giải cellulose có thể làm cho cường độ của quá trình ủ tăng mạnh (Gaur và Sadasivan, 1993). Trong quá trình ủ phân rác, có khoảng 25-50% cacbon và 1040% đạm từ nguyên liệu ban đầu có thể bị mất đi, do vậy cần sử dụng các giải pháp hạn chế sự mất đạm ™ Độ ẩm Độ ẩm đống phân xuống dưới 30% thì các phản ứng sinh học chậm lại đáng kể. Nhưng nếu độ ẩm quá cao thì không khí trong đống phân lại khó lưu thông. Do vậy, nên duy trì độ ẩm tối thích cho việc phân giải của vi sinh vật ở mức 50-60%. Để duy trì độ ẩm hợp lý cần thực hiện một số biện pháp sau đây: + Thấm ướt nguyên liệu trước khi ủ và tưới nước trong quá trinh ủ nếu nguyên liệu ủ quá khô + Ủ phân dưới bóng râm hoặc trong nhà có mái che ™ Việc đảo trộn trong quá trình sản xuất Mục đích là tạo điều kiện cho không khí có thể thâm nhập đều khắp đống phân và làm cho nguyên liệu ủ được nghiền nát, tăng điều kiện cho vi sinh vật phân giải. Tuy nhiên, nếu đảo quá nhiều có thể làm giảm nhiệt độ đống phân, làm phân khô đi quá nhanh và tốc độ phân giải vì vậy có thể bị chậm lại. Cho nên đối với loại phân ủ theo phương pháp hiếu khí, sử dụng dòng không khí tự nhiên qua hệ thống thông hơi thì chỉ cần đảo 2-3 lần là đủ. 1.2.3. Lợi ích của phân bón hữu cơ. Phân bón hữu cơ/compost là một nguồn chất hữu cơ với khả năng cải thiện các đặc điểm hóa học, vật lý và sinh học của đất. Nó giúp tăng khả năng giữ nước trong đất cát và thúc đẩy tạo thành cấu trúc đất sét bằng cách tăng sự ổn định của đất. Thêm compost vào đất để tăng độ phì nhiêu của đất, khả năng trao đổi ion và có thể giảm yêu cầu về phân bón lên đến 50%. Đất trở nên thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật. Hoạt động của vi sinh vật tăng cường cũng tăng tốc độ phân hủy thuốc trừ sâu và các hợp chất hữu cơ tổng hợp khác. Sự bổ sung compost làm giảm hiệu lực sinh học của những kim loại nặng, một đặc tính quan trọng trong việc cải tạo đất ô nhiễm 6 1.2.4. Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ và vai trò của chúng. ™ Vi sinh vật phân giải hợp chất chứa cellolose: Gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh… - Vi khuẩn: + Vi khuẩn hiếu khí: Cytophaga; Sporocytophaga; Sorangium; Cellvibrio + Vi khuẩn kị khí: Clostridium; Bacillus + Vi khuẩn sống trong dạ dày động vật ăn cỏ: Ruminococcus; Flavefaciens; Butyrivibrio; Bacteroides + Ngoài ra còn có các chủng khác như: Cellulomonas; Acetobacter; Clostridium; Pseudomonas - Nấm sợi: các loài nấm sợi phân giải nhanh cellulose là: Trichoderma; Penicillium; Phanerochate; Sporotrichum; Sclerotium; Aspergillus; Alternaria; Chaetomium; Coprinus; Fomes; Fusarium; Myrothecium; Penicillium; polypones; Rhizotonia; Rhizopus - Xạ khuẩn: Có 2 nhóm là xạ khuẩn ưa ấm (phát triển mạnh ở 28 – 30oC) và xạ khuẩn ưa nhiệt (phát triển mạnh ở 60 – 70oC). Trong đống ủ phế thải có các loại xạ khuẩn như Actinomyces; Steptomyces; Nicardia; Actinopolyspora; Actinosynoema ™ Vi sinh vật phân giải hemicellulose: - Vi khuẩn: Ruminococcus; Bacillus; Bacteroides; Butyvibrio; Clostridium - Nấm sợi: Aspergillus; Penicillium; Trichoderma ™ Vi sinh vật phân giải lignin - Vi khuẩn: Pseudomonas; Xanthomonas; Acinebacter - Nấm: Basidiomycetes; Acomycetes - Xạ khuẩn: Streptomyces ™ Vai trò của vi sinh vật trong xử lý xác bã hữu cơ: + Cellulose là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số hydratcacbon trên trái đất. Hàng năm nền công nghiệp nước ta thải ra hàng triệu tấn phế thải như. - Phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, lá cây, vỏ lạc, vỏ trấu, vỏ thân ngô…. - Phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ và xơ quả, bã mía, bã cà phê, bã sắn… - Phế liệu trong công nghiệp chế biến gỗ: rễ cây, mùn cưa, gỗ vụn… - Các chất thải gia đình: rác, giấy loại. Trong bã thải cellulose là thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ cao và rất khó phân hủy bởi cấu trúc phức tạp của nó. Trên thế giới hiện nay, người ta đã tiến hành xử lý phế liệu là cellulose để làm phân bón bằng một số phương pháp thủy phân trong 7 môi trường kiềm hoặc axit. Tuy nhiên việc phân hủy cellulose bằng phương pháp vật lý và hóa học rất phức tạp, tốn kém và gây độc hại cho môi trường. Trong khi đó, việc xử lý các chất thải hữu cơ chứa cellulose bằng công nghệ sinh học đặc biệt là sử dụng những loại vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose như Cytophaga, Cellulomonas, giống Bacillus, giống Clostridium, Aspergillus, Penicillium. Các vi sinh vật này có khả năng sinh ra enzyme Endo-β-1,4glucanase. Endo-β-1,4-glucanase là loại enzyme tham gia xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết β-1,4 glucoside ở bên trong các phân tử cellulose thành các sản phẩm đơn giản hơn để thực vật hấp thu được dễ dàng hơn. Nấm mốc là một trong những đối tượng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp endo-β-1,4-glucanase mạnh nhất. Nhiều chủng nấm mốc thuộc các chi Aspergillus, Trichoderma, Penicillium, Phanerochaete đã được nghiên cứu là có khả năng sinh tổng hợp endo-β-1,4-glucanase mạnh như:Aspergillus niger,A. flavus, A. fumigatus, A. terreus.... Bên cạnh nấm mốc, vi khuẩn cũng được xem là một trong những đối tượng có khả năng sinh tổng hợp endo-β-1,4-glucanase khá phong phú. Nhiều loài vi khuẩn hiếu khí đã được nghiên cứu là có khả năng sinh tổng hợp endo-β-1,4-glucanase mạnh như Acidothemus cellulobuticus, Bacilluspumilis, Cellulomonas flavigena. Vi khuẩn có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ một cách đáng kinh ngạc. Một số nhóm vi sinh "chuyên hóa" đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hình thành các khoáng chất từ một số nhóm hợp chất hữu cơ. Ví dụ, sự phân giải cellulose, một trong những thành phần chiếm đa số trong mô thực vật, được thực hiện chủ yếu bởi các vi khuẩn hiếu khí thuộc chi Cytophaga. Khả năng này cũng được con người ứng dụng trong công nghiệp và trong cải thiện sinh học (bioremediation). Các vi khuẩn có khả năng phân hủy hydrocarbon trong dầu mỏ thường được dùng để làm sạch các vết dầu loang. Vi sinh vật sống trong đất và trong nước tham gia tích cực vào quá trình phân giải các xác hữu cơ động vật, thực vật biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ khác dùng làm thức ăn cho cây trồng. Các vi sinh vật cố định nitơ thực hiện việc biến khí nitơ (N2) trong không khí thành hợp chất nitơ (NH3, NH4) cung cấp cho cây trồng. Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S thành những dạng hợp chất cây trồng dễ hấp thu.Vi sinh vật còn tham gia vào quá trình hình thành chất mùn, phân giải các phế phẩm công nghiệp, qua đó đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường. Vi sinh vật còn tham gia vào quá trình hình thành chất mùn. Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân giải các phế phẩm công nghiệp, phế thải đô thị, phế thải công nghiệp cho nên có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường. 8 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu Mẫu bã hạt Jatropha được cung cấp bởi Công ty TNHH Đầu tư Xây dựng Thương mại Sài gòn trong sự hợp tác với Viện Sinh học Nhiệt đới. Hạt Jatropha có nguồn gốc từ Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai và Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương. 2.2. Phương pháp phân tích thành phần lý hoá học của bã hạt Jatropha Phân tích tại Trung tâm Sắc ký Hải Đăng,Viện Nông nghiệp Miền Nam Các phương pháp phân tích: + N, tổng: phương pháp Kjeldahl (FAO, 14/7, 1986) + P, P dễ tiêu: phương pháp so màu (TK AOAC 965.17) + K, Natri: phương pháp phát xạ ( AOAC 969.23) + K dễ tiêu: (TK 10 TCN 360 – 2004) + Ca, Mg: phương pháp hấp thụ nguyên tử (AOAC 975.03) + C tổng: phương pháp chuẩn độ (TCVN 4050 – 85) + Tổng chất khô: phương pháp sấy (FAO, 14/7, 1986) + Dầu: phương pháp chiết Soxhlet (FAO, 14/7, 1986) + pH H20: phương pháp máy đo pH 220 (MP 220 (dd10%) 2.3. Phương pháp thực nghiệm 2.3.1. Phân lập và thu thập giống Nấm mốc được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau là bã Jatropha, phân bò, bã Jatropha trộn phân bò hoặc phân hữu cơ. Trong quá trình ủ các nguồn hữu cơ làm nguyên liệu cho việc phân lập có bổ sung bụi xơ dừa và vôi. Ngoài ra thu thập thêm 3 chủng nấm mốc thuộc Trichoderma có nguồn gốc từ Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, trường ĐH Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, gồm T. atroviride, T. harzianum, T. reesei. Môi trường phân lập nấm mốc: Môi trường PGA (môi trường nước chiết khoai tây) Phương pháp tiến hành: Phân lập nấm mốc bằng phương pháp thạch đĩa. Pha loãng 1g mẫu trong 2,5ml nước vô trùng, lắc đều. Dùng que cấy ria dịch loãng lên hộp petri chứa môi trường PGA, để ở nhiệt độ phòng. Sau 24h, lấy các đĩa petri trên ra kiểm tra, nếu thấy có khuẩn lạc nấm mốc xuất hiện thì cấy chuyền các khuẩn lạc đó, tiếp tục theo dõi và phân lập đến khi thu được khuẩn lạc nấm mốc thuần khiết. Sau khi thu được các chủng nấm mốc thuần khiết, các chủng được nuôi cấy và giữ giống trên môi trường PGA. 9 2.3.2. Lựa chọn các chủng nấm mốc có khả năng phân huỷ bã hạt Jatropha. - Xác định khả năng phân giải cellulose + Môi trường: sử dụng môi trường Czapek (Cz) nhưng thay glucose trong môi trường bằng CMC (carboxyl methyle cellulose). + Tiến hành: cấy nấm mốc vào giữa hộp petri có chứa môi trường Cz, nuôi cấy ở nhiệt độ phòng. Sau 5 ngày thực hiện phản ứng màu với dung dịch Lugol, đo bán kính vòng phân giải. - Xác định khả năng phát triển trên giấy lọc: + Môi trường: sử dụng môi trường Cz, đặt giấy lọc trên bề mặt môi trường trong đĩa petri. + Tiến hành: Cấy bào tử nấm mốc vào điểm giữa hộp petri. Sau đó đặt miếng giấy lọc tròn (có diện tích bằng diện tích bề mặt thạch) đã hấp khử trùng đặt lên trên và dùng que gạt thủy tinh vô trùng làm cho giấy lọc dính sát vào bề mặt thạch. Sau 5 ngày xác định sự phát triển của nấm mốc trên mặt giấy lọc. - Phương pháp xác định khả năng phân hủy bã ép dầu Jatropha của các chủng nấm mốc Khả năng phân hủy bã ép dầu Jatropha được xác định thông qua lượng khí CO2 được sinh ra trong quá trình ủ. Lượng CO2 sinh ra càng nhiều thì khả năng phân hủy bã ép dầu càng cao. Phương pháp này không đo chính xác lượng CO2 nhưng giá trị tương đối này dùng để so sánh hiệu quả phân huỷ của các nghiệm thức thí nghiệm khác nhau. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc của phương pháp đo sinh khối của vi sinh vật trong đất, dựa vào hô hấp của chúng, nghĩa là lượng CO2 sinh ra từ sự hô hấp của vi sinh vật sẽ được xác định (R. Martens, 1987; P.J. Hansen et al,. 2000). Cấy các giống nấm mốc vào các bình ủ bã ép dầu Jatropha. Số lượng cấy vào ban đầu như nhau giữa các bình. Các bình này được nối thông với các bình hứng chứa dung dịch NaOH có cho thêm vài giọt thuốc thử Phenolphtalein. CO2 sinh ra trong bình ủ sẽ được hấp thụ trong các bình hứng chứa dung dịch NaOH. Lượng NaOH còn dư trong bình được chuẩn độ bằng dung dịch HCl. Lượng CO2 sinh ra được xác định một cách tương đối như sau: Trong đó: 10 - : khối lượng CO2 được sinh ra trong các bình ủ - Vo: thể tích dung dịch HCl cần dùng để trung hòa lượng NaOH ban đầu có trong bình hứng (mẫu trắng) - V: thể tích dung dịch HCl cần dùng để trung hòa NaOH còn lại trong bình hứng - CM: nồng độ mol của dung dịch NaOH Mô hình khảo sát khả năng phân hủy bã hạt Jatropha Thí nghiệm lập lại 3 lần. 2.3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ bã hạt và xây dựng qui trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bã hạt Jatropha 2.3.3.1. Ảnh hưởng của ẩm độ đến quá trình phân huỷ bã hạt Jatropha Các nghiệm thức thí nghiệm là 4 ẩm độ: 40, 50, 60 và 70%. Bã hạt Jatropha trộn với bụi xơ dừa (tỷ lệ 30%), đưa về các ẩm độ thí nghiệm, cấy giống (chủng A12). Số lượng giống như nhau giữa các nghiệm thức. Đo lượng CO2 sinh ra mỗi ngày kể từ ngày thứ 3 cho tới ngày thứ 30. Thí nghiệm lập lại 3 lần. 11
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan