LỜI CẢM ƠN
Để có thể thực hiện và hoàn thành được đề tài nghiên cứu khoa học này,
nhóm tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình của các đơn vị cá nhân.
Trước tiên nhóm tác giả xin chân thành cám ơn đến toàn bộ Nhân viên
Khoa Công nghệ Sinh học Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi.
Chân thành cảm ơn các cán bộ quản lý Phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ
Sinh học Môi trường vừa tạo điều kiện vừa tham gia giúp đỡ chúng tôi.
Chân thành cám ơn anh chị em đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài
nghiên cứu khoa học nay.
Chân thành Cảm ơn!
1
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
1
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1
MỤC TIÊU 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
2
2
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2
PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4
1.1.TỔNG QUAN VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI
TRƯỜNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG 4
1.2.TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH RÁC THẢI PHÒNG THÍ NGHIỆM
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
5
8
2.1.ẢNH HƯỞNG CỦA RÁC THẢI ĐẾN MÔI TRƯỜNG 8
2.1.1. Các loại ô nhiễm môi trường
8
2.1.2. Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường 9
2.2. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ RÁC HỮU CƠ
10
2.2.1. Các phương pháp xử lý rác hữu cơ 10
2.2.2. Công nghệ sinh học xử lý chất thải hữu cơ 11
2.3. VI SINH VẬT PHÂN HỦY RÁC THẢI
17
2.4. ĐỊNH HƯỚNG CỦA PHÂN HỮU CƠ SINH HỌC (COMPOST)
2.4.1. Cơ sở của quá trình compost
19
2.4.2. Chất lượng compost20
2.4.3. Định hướng sử dụng phân hữu cơ sinh học (compost)
20
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
22
3.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
22
3.2. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
22
3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.3.1. Lựa chọn công nghệ
3.3.2. Thiết kế mô hình
23
23
24
2
19
3.3.3. Các chỉ tiêu phân tích
25
3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
30
3.4.1. Mô hình đợt 1
30
3.4.2. Mô hình đợt 2
31
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
36
KẾT LUẬN 36
KIẾN NGHỊ 37
3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
PCA
PLACE COUNT AGAR
PGA
POTATO GLUCOSE AGAR
4
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Chai lọ phòng thí nghiệm bị thải bỏ trang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Hình 2.1: Ba giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ. . . . . . . . . . 17
Hình 3.1: Hoa dừa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Hình 3.2: Đất đang xử lý đợt 1 và đợt 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Hình 3.3: Hoa trồng ở Phòng thí nghiệm bằng đất xử lý sinh học . . . . . . . . . . . . . . 31
Hình 3.4: Sơ đồ phân tích độ ẩm đợt 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Hình 3.5: Thực vật trồng trên đất từ mô hình đợt 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
DANH MỤC BẢNG ĐỒ
Bảng 2.1:Thành phần dinh dưỡng theo trọng lượng khô của một số chất thải dùng
làm composting.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Bảng 31: Thành phần đất sạch Lavamix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Bảng 3.2: Thành phần môi trường PCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Bảng 3.3: Thành phần môi trường PGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Bảng 3.4: Kết quả phân tích độ ẩm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
PHẦN MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong thời kỳ đổi mới của đất nước tiến lên nền công nghiệp hóa và hiện
đại hóa thì nghiên cứu khoa học hay kiểm định chất lượng sản phẩm khoa học là
cần thiết. Vì thế, đi đôi với đào tạo lý thuyết là thực hành hay nghiên cứu khoa học
là mục tiêu quan trọng của một số đơn vị đào tạo nguồn nhân lực tương lai. Điển
5
hình trong công tác giảng dạy tại trường Đại học Lạc Hồng thì thực hành là yếu tố
rất quan trọng trong triết lý của nhà trường “Đào tạo nhân lực; có vườn ươm nhân
tài; sinh viên ra trường làm việc ngay, không đào tạo lại”. Thực hành tốt sẽ giúp
sinh viên nắm bắt được vấn đề và tư duy kiến thức tốt hơn.
Do đó, Khoa Công nghệ Sinh học – Môi trường đã được nhà trường hoàn
thiện dần cơ sở phòng thí nghiệm, công tác giảng dạy ngày càng thuận tiện và hiện
đại hơn. Trong quá trình giảng dạy thí nghiệm ngoài sản phẩm thu được thì chất
thải sinh ra còn chưa được đánh giá và xử lý hợp lý. Chất thải các môn học thí
nghiệm bao gồm chất thải vô cơ và hữu cơ, đối với các chất thải hữu cơ có khả
năng phân hủy sinh học thì vấn đề xử lý và tận dụng là khả thi.
Chất thải của môn học thí nghiệm “VI SINH VẬT KỸ THUẬT MÔI
TRƯỜNG” bao gồm môi trường dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển và một số
chất thải khác (nước thải, giấy…). Chất thải sẽ được xử lý bằng phương pháp là
kích hoạt sinh học với ưu điểm là an toàn và thân thiện với môi trường. Chất thải
sau xử lý sẽ được tận dụng làm đất giàu dinh dưỡng để cải thiện đất trồng hay
dùng để trồng cây. Vì thế, đề tài “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI THÍ
NGHIỆM SINH HỌC KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG” là
mong muốn của nhóm tác giả, cùng với Khoa Công nghệ Sinh học Môi trường,
Trường Đại học Lạc Hồng trong việc giữ gìn và bảo vệ môi trường.
MỤC TIÊU
Xử lý chất thải thí nghiệm sinh học phòng thí nghiệm thành chất mùn.
Sản phẩm sau xử lý được sử dụng trồng trọt, an toàn và thân thiện với môi
trường.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu là hệ vi sinh vật có khả năng phân hủy chất thải môn
6
học thí nghiệm.
Phạm vi nghiên cứu là chất thải thí nghiệm môn học “Vi sinh vật kỹ thuật
môi trường” bao gồm: môi trường dinh dưỡng, nước thải, giấy cuộn...
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thu thập tài liệu và phân tích tài liệu.
Thiết kế mô hình thí nghiệm.
Phân tích chỉ tiêu hóa, lý và sinh học của mô hình.
Phương pháp thực nghiệm.
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Xử lý chất thải sinh học có nguồn gốc từ phòng thí nghiệm, với các thành
phần môi trường giàu dinh dưỡng thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của hệ
vi sinh vật.
Đồng thời trong quá trình xử lý, hệ vi sinh vật phân hủy các chất dinh
dưỡng và trả vào trong đất dưới dạng chất mùn.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu thành phần chất thải
Hệ vi sinh vật có khả năng phân hủy chất thải
Thiết kế mô hình
Theo dõi và phân tích mẫu
Thử nghiệm trồng cây
7
PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• TỔNG QUAN VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI
TRƯỜNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
Khoa Công nghệ Sinh học - Môi trường trường Đại học Lạc Hồng được
thành lập vào năm 2005. Song song với sự phát triển từng ngày của Khoa, phòng
thí nghiệm cũng ngày càng được đầu tư các trang thiết bị mới, hiện đại hơn nhằm
phục vụ cho công tác nghiên cứu và giảng dạy của Khoa.
Hiện nay Khoa Công nghệ Sinh học - Môi trường có các phòng thí nghiệm
sau:
Phòng thí nghiệm Cơ sở: Là nơi để để giảng dạy và thực hành các bài thí
nghiệm cơ bản như: thí nghiệm Hóa đại cương, Hóa lý, Hóa hữu cơ, Hóa phân
tích,… ngoài ra tại phòng cũng được đầu tư một hệ thống máy lọc nước tinh khiết
phục vụ nước uống cho giảng viên và sinh viên, có hệ thống máy cất nước và hoàn
lưu nước cất để phục vụ cho việc giảng dạy các môn học, đồng thời cũng tiết
kiệm được chi phí nước cho phòng thí nghiệm.
Phòng thí nghiệm Môi trường: Với trang thiết bị: máy đo pH, COD, DO, tủ
nung, tủ sấy, tủ hút khí độc,… dùng để thực hiện các thí nghiệm chuyên sâu về
môi trường: Hóa môi trường, xử lý chất thải, nước thải, kỹ thuật vi sinh vật môi
trường, … ngoài ra còn là nơi để sinh viên ngành môi trường tiến hành nghiên cứu
khoa học.
Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học 1: Với trang thiết bị: tủ ấm, máy lắc,
bể điều nhiệt, và một loạt kính hiển vi hiện đại được kết nối với máy tính,... nhằm
phục vụ cho các bài thí nghiệm: Hóa sinh, Kỹ thuật vi sinh, Công nghệ lên men,
8
Sinh học đại cương.
Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học 2: Được trang bị các thiết bị hiện
đại: PCR, máy điện di, máy ly tâm, máy đo quang phổ, thiết bị chưng cất đạm,
máy sấy chân không,... nhằm phục vụ cho các thí nghiệm chuyên sâu về sinh học
như: sinh học phân tử, tách chiết hợp chất thiên nhiên, công nghệ thực phẩm.
Phòng thí nghiệm Quá trình và thiết bị: Được trang bị hệ thống các bộ thiết
bị: bộ nghiền, rây, trộn; truyền nhiệt ống lồng ống; mạch lưu chất; trao đổi ion.
Đặc biệt có Pilot hệ thống xử lý nước thải phòng thí nghiệm. Phòng là nơi để thực
hiện các bài thí nghiệm về Quá trình và thiết bị (cho cả Khoa Công nghệ Sinh học
- Môi trường và Khoa Công nghệ Hóa - Thực phẩm), thí nghiệm xử lý nước thải.
Phòng Nuôi cấy mô: Với trang bị hệ thống tủ cấy hiện đại dùng để cho sinh
viên thực tập nuôi cấy mô và nuôi cấy vi sinh….
Phòng chuyên đề: Dùng là nơi để giảng dạy sinh viên lý thuyết về kỹ thuật
phòng thí nghiệm, báo cáo chuyên đề, báo cáo nghiên cứu khoa học của khoa.
Bên cạnh đó phòng thí nghiệm còn có đầy đủ các loại hóa chất để phục vụ
cho tất cả các bài thí nghiệm trong chuyên ngành môi trường và sinh học.
Hiện nay, phòng thí nghiệm hoàn toàn có thể đảm bảo cùng lúc cho 150
sinh viên thực hành, thí nghiệm tại phòng với trang thiết bị, dụng cụ và hóa chất
cho các bài thí nghiệm cơ bản về môi trường cũng như sinh học.
Do đó lượng rác thải, nước thải bỏ ra mỗi ngày cũng là một vấn đề cần
được quan tâm và xử lý
• TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH RÁC THẢI PHÒNG THÍ NGHIỆM
Tại nhiều trường Đại học, viện nghiên cứu, khí thải độc hại sau thí nghiệm
được dẫn ống phun lên trời, nếu là chất lỏng thì đổ thẳng xuống cống rãnh, là chất
không tan thì bỏ thùng rác công cộng.
Ở nhiều nước trên thế giới, người làm nghiên cứu không phải lo việc xử lý
9
chất thải nguy hiểm, vì họ có 1 -2 chuyên gia hoặc một cơ quan chuyên trách của
trường/viện làm việc đó. Ví dụ, với rác thải nhiễm phóng xạ, chất thải có tiềm ẩn
nguy cơ an toàn sinh học, các chất thải có nguy cơ về hóa học…, sẽ thu lại riêng rẽ
và ghi rõ thành phần hóa học; sau đó, cơ quan xử lý của viện/trường sẽ đem đi xử
lý.
Ở Việt Nam, chất thải phòng thí nghiệm được thu gom cùng với chất thải
sinh hoạt và được đưa vào bãi rác mà bản thân người thu gom rác không nhận
thức được vấn đề độc hại, chất thải sẽ hòa lẫn vào những chất thải khác sẽ tạo nên
những hợp chất khác…
Chất thải thí nghiệm sinh học được cho vào lỗ thoát nước xuống hệ thống
cống nước chung của cơ quan, đổ hóa chất vào hệ thống cống để giảm bớt độc
tính xuống đây?. Chất thải rắn khác (kể cả chai lọ đựng hóa chất) thì được bỏ vào
thùng rác công cộng trong cơ quan, chờ nhân viên của công ty vệ sinh đến đem đi,
như rác thải bình thường.
Nhiều viện, trung tâm nghiên cứu, các phòng nghiên cứu của các trường
Đại học, khí thải luôn được thải thẳng lên trời qua một đường ống nối từ tủ hút khí
được đặt trong phòng thí nghiệm, mà không qua bất cứ khâu xử lý nào.
Thường mỗi phòng thí nghiệm có một quy định riêng để giảm thiểu nguy
hiểm trong phòng, nhưng khâu đưa rác thải ra ngoài môi trường thế nào cho đảm
bảo an toàn với môi trường xung quanh thì gần như bị bỏ trống. Cụ thể là chưa có
một quy trình cụ thể trong việc xử lý rác thải từ phòng thí nghiệm. Hiện nay, xử lý
rác thải từ phòng thí nghiệm chỉ biết trông mong vào sự quan tâm của mỗi trưởng
phòng thí nghiệm, vì nó gắn liền với chuyên môn của người nghiên cứu.
Chủ nhiệm một phòng Nghiên cứu tế bào gốc, nghiên cứu về tế bào,
gene… với nhiều hóa chất đặc thù, mới, mang mức độ độc hại cao, băn khoăn:
“Dù tuân theo quy tắc xử lý với tùy từng loại rác thải, nhưng nhiều trường hợp
10
chúng tôi không biết xử lý rác thải như vậy đã đảm bảo chưa, nhất là khi có những
phát sinh không thấy nói trong quy trình. Trong khi đó, nếu những chất thải này
chưa được xử lý triệt để mà đưa ra môi trường, thì sẽ gây ô nhiễm rất trầm trọng".
Theo ông, ô nhiễm sinh học có thể làm phát sinh, biến dạng sự sống hoặc tiêu diệt
toàn bộ sự sống, nó tiềm tàng trong cơ thể người không may bị dính vào, mà có
thể cơ thể đó không biết…
Hình 1.1: Chai lọ phòng thí nghiệm bị thải bỏ
Theo nhiều người, ở Việt Nam hiện nay, số lượng rác thải từ phòng thí
nghiệm chưa phải là lớn như ở nước ngoài, khi bị bỏ bừa bãi ra môi trường, chúng
có thể chưa gây ảnh hưởng trực tiếp ngay, nhưng về lâu dài, mức độ nguy hại khó
kiểm soát tới đời sống con người, môi trường bên ngoài là có thật. Mà trước mắt là
để bảo vệ ngay chính cộng đồng sinh viên trong các trường đại học, nhân viên
trong các viện nghiên cứu. Đó là chưa kể, sẽ rất nguy hiểm cho những người đi
11
thu gom rác, vô tình dính phải rác thải phòng thí nghiệm mà không hay! [3]
12
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• ẢNH HƯỞNG CỦA RÁC THẢI ĐẾN MÔI TRƯỜNG
• 2.1.1. Các loại ô nhiễm môi trường
Ô nhiễm môi trường đất:
Môi trường đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là
nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con
người. Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào
hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực
phẩm cho con người.
Môi trường đất chịu tác động của nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Nhưng
tác động đến ô nhiễm môi trường đất thì yếu tố con người là quyết định, ô nhiễm
môi trường đất là hậu quả các hoạt động của con người làm thay đổi các nhân tố
sinh thái vượt qua những giới hạn sinh thái của các quần xã sống trong đất.
Rác thải làm biến đổi thành phần của đất, ngăn chặn quá trình trao đổi diễn
ra trong đất, kết quả là đất bị ô nhiễm dẫn tới ô nhiễm nguồn nước ngầm.
Ô nhiễm môi trường nước:
Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá
học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho
nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh
vật trong nước. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là
vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất.
Rác thải làm cho nguồn nước bị thiếu oxy trong dẫn đến sự hình thành các
khí độc. Bên cạnh đó, trong quá trình phân hủy các chất sinh học thì nước rỉ rác
phát sinh đi vào các mạch nước ngầm. Hậu quả của ôn nhiễn nguồn nước hiện nay
đang là báo động cho toàn cầu, nhu cầu nước sạch thì thiếu nhưng những lưu vực
13
hay nước ngầm ô nhiễm được phát hiện càng nhiều.
Ô nhiễm môi trường không khí:
Ô nhiễm môi trường không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến
đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc
gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa do bụi.
Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới
chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều
biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật.
Những phương pháp xử lý rác thải ô nhiễm không hợp lý có thể gây ô
nhiễm môi trường không khí như:
+ Phương pháp đốt phát sinh nhiều khí thải độc hại (khí CO2 gây hiệu ứng
nhà kính, CO, NOx…) nhất đồng thời trong quá trình đốt nếu đốt không đúng kỹ
thuật (cháy không hoàn toàn) còn phát sinh thêm dioxins/furans rất độc hại với
môi trường và toàn sinh giới.
• 2.1.2. Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường
Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: khi môi trường ô nhiễm thì hệ sinh thái sẽ bị
thay đổi. Đất bị ô nhiễm có thể trở nên cằn cõi và không phù hợp cho cây trồng
sinh trưởng và phát triển. Kết quả là cây không sống, không tạo nguồn dinh dưỡng
và không cung cấp oxy… Ảnh hưởng đến các cơ thể sống phụ thuộc vào thực vật
kể cả con người.
Để phù hợp với điều kiện môi trường mới thì cố thể giống loài mới sẽ xuất
hiện, xâm lấn và cạnh tranh chiếm môi trường sống và làm nguy hại các giống loài
bản địa.
Ảnh hưởng đến sức khỏe con người: không khí ô nhiễm gây ra nhiều loại
14
bệnh đường hô hấp, tim mạch, viêm họng, đau ngực…
Đất và nước ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đến nguồn thức ăn và nước uống sử
dụng hàng ngày và có thể dẫn đến chất lượng sống giảm đi.
Ngoài ra, bãi rác hay khu vực tập trung rác thải là môi trường sống của
những nguy cơ bệnh tật cho con người rất nguy hiểm như: gây bệnh dịch hạch, tả
kiết lỵ, thương hàn, sốt rét… mà các tác nhân truyền bệnh hay gây bệnh sống ở
các bãi rác như chuột kiến, gián, vi sinh vật gây bệnh…
Tóm lại, rác thải hữu cơ sẽ là mối họa cho môi trường và sức khỏe con
người nếu chúng ta không nhận thức được tác hại của chúng. Bên cạnh đó, nếu
chúng ta biết tận dụng nguồn tài nguyên rác thải thì sẽ không có ô nhiễm và không
ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà là nguồn dinh dưỡng (sản phẩm compost)
cho cây trồng. Cây trồng sẽ hấp thụ dịnh dưỡng và khoáng chất có trong sản phẩm
compost để sinh trưởng và phát triển cung cấp năng lượng, dinh dưỡng, nguyên
liệu sản xuất và tinh lọc không khí … cho con người và toàn sinh giới nói chung.
[1]
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ RÁC HỮU CƠ
• 2.2.1. Các phương pháp xử lý rác hữu cơ
Hiện nay, chất thải các phòng thí nghiệm của các trung tâm nghiên cứu hay
Trường Đại học... thường được thu gom chung vào hệ thống rác sinh hoạt. Rác
thải thường được tập trung vào bãi rác và được xử lý bằng nhiều phương pháp:
Phương pháp hóa học phổ biến nhất trong xử lý rác thải là phương pháp
đốt. Phương pháp này có ưu điểm là xử lý nhanh và số lượng lớn… nhưng đồng
thời nhược điểm của phương pháp này là chi phí cao, có thể phát sinh nhiều chất
độc khác (dioxins/ furans…) và mùi hôi gây ô nhiễm môi trường.
Phương pháp lý học là chôn lấp được xem là phương pháp kinh tế nhất,
đơn giản nhất và được lựa chọn nhiều nhất. Tuy nhiên, xét về lâu dài thì phương
15
pháp này lại không đạt tiêu chuẩn môi trường khu vực (mùi, khí, nước rỉ rác…),
nó chiếm một diện tích chứa rất lớn và thời gian chất thải tự phân hủy là rất lâu.
Bên cạnh hai phương pháp trên thì phương pháp sinh học lại mang tính
chất ôn hòa hơn. Phương pháp sinh học tận dụng sự sinh trưởng và phát triển của
sinh vật (động vật thân mềm, thực vật và vi sinh vật) phân hủy các chất thải sinh
học thành dạng chất mùn. Chất mùn này tương tự như đất nông nghiệp nhưng lại
giàu dinh dưỡng hơn đất nông nghiệp nên thường được dùng làm phân vi sinh,
bón lót hay cải thiện đất trồng… [2]
• 2.2.2. Công nghệ sinh học xử lý chất thải hữu cơ
Từ những năm 80 của thế kỷ 20, các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng
dụng công nghệ sinh học phân hủy (Bioremediation Technology) để làm sạch môi
trường ô nhiễm. Nguyên lý chung của công nghệ này là tạo điều kiện thích hợp
cho vi sinh vật, có khả năng phân hủy chất ô nhiễm, sinh trưởng và phát triển phân
hủy chất ô nhiễm làm sạch môi trường.
Bản chất của quá trình phân hủy sinh học là thay đổi các yếu tố môi trường
kích thích hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy chất thải. Chất thải
sẽ là nguồn carbon hay năng lượng cho một số vi sinh vật (bản địa hoặc tăng
cường), hoặc có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm bằng cách bổ sung thêm
dinh dưỡng, oxy,... nhằm kích thích khả năng phân hủy của vi sinh vật, đồng thời
làm vi sinh vật dễ tiếp cận và tấn công phân hủy.
Xử lý chất thải sinh học bằng phương pháp sinh học gồm: xử lý hiếu khí
(compost) và kỵ khí (biogas).
Composting là quá trình phân hủy sinh học chất thải hữu cơ trong điều kiện
hiếu khí được kiểm soát. Ngược lại với quá trình phân hủy của các hợp chất hữu
cơ ngoài tự nhiên, trong quá trình ‘composting’ nhiệt độ trong khối chất thải tăng
lên do nhiệt tự sinh từ hoạt động của các vi sinh vật chịu nhiệt (mesophiles) (25-
16
400C) và ưa nhiệt (thermophiles) (50-700C). Kết thúc quá trình ‘composting’, sản
phẩm thu được khá ổn định về sinh học, tương tự như chất mùn, có thể sử dụng để
trộn thêm vào đất hay làm phân bón, màng lọc sinh học hay nhiên liệu.
Mục tiêu của quá trình ‘composting’ chính là: ổn định sinh học, giảm thể
tích và khối lượng chất thải, làm khô, loại bỏ tối đa các chất độc đối với thực vật,
hạt hay những phần của cây và làm tiêu diệt các mầm bệnh. ‘Composting’ cũng là
cách để loại bỏ chất ô nhiễm trong đất. Hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ có thể bị
loại bỏ nhờ phương pháp này. Việc xử lý chất thải hữu cơ bằng phương pháp
‘composting’ trước khi thải bỏ, chôn lấp làm giảm hiệu ứng nhà kính.
Từ các góc độ xem xét thì quá trình ‘composting’ được tạo nên là để thỏa
mãn mục tiêu hiệu quả cao về kinh tế, có nghĩa là giảm nhân công và chi phí. Để
đạt được mục tiêu này cần nỗ lực làm tối ưu hóa những tác nhân sinh học, công
nghệ và vận hành đồng thời giảm những ảnh hưởng bất lợi trong quá trình
‘composting’. Những yếu tố có thể gây ảnh hưởng tới quá trình ‘composting’ đã
được nghiên cứu từ khá lâu và ghi nhận trên nhiều công trình nghiên cứu riêng biệt
hay những tổng quan.
Giai đoạn những năm 1970 là một giai đoạn đặc trưng của quá trình
‘composting’, thời đó nở rộ những kỹ thuật mới, quá trình mới và tối ưu hóa quá
trình được nghiên cứu và đề xuất nhờ đó mở rộng thị trường ứng dụng cho loại
hình công nghệ này. Một trong nhiều lý do dẫn đến sự phát triển của công nghệ
này chính là người ta đã phải chi phí khá cao để diệt các mầm bệnh trong chất thải
chôn lấp, để cải thiện những yêu cầu về bảo vệ môi trường ngày càng cao cũng
như các luật định, sắc lệnh, quy định mới ban hành. Thực tế là nguồn tài nguyên
có giới hạn vì vậy ý tưởng sử dụng lại chất thải hữu cơ làm giàu thêm cho đất
trồng cũng chính là động lực quan trọng để phát triển lĩnh vực này.
Chất thải hữu cơ cho quá trình composting có thể nguồn gốc từ chất thải
sinh hoạt, công nghiệp, nhà máy xử lý nước thải, nông nghiệp, chăn nuôi, vùng
17
phong cảnh hay rừng. Khối lượng, thành phần và đặc trưng lý học của chất thải
của một cơ sở “composting’ bị ảnh hưởng bởi một loại những yếu tố như nguồn
gốc chất thải, quá trình sản xuất, quá trình chế biến, mùa trong năm, hệ thống thu
nhận, đặc trưng xã hội và tập quán địa phương. Chất thải có phổ rộng về khối
lượng và thành phần đòi hỏi phải có những phân tích kỹ càng trước khi lên kết
hoạch tạo dựng cơ sở xử lý và để ước tính chất lượng sản phẩm trong mỗi trường
hợp riêng biệt.
Bảng 2.1:Thành phần dinh dưỡng theo trọng lượng khô của một số chất thải dùng làm composting.
VSa
C/N
N
P2Ọ5
K2O
CaO
MgO
[%]
[-]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
Chất thải nhà bếp
20-80
10-20
0.6-2.2
0.3-1.5
0.4-1.8
0.5-4.8
0.5-2.1
Chất thải sinh học
30-70
10-25
0.6-2.7
0.4-1.4
0.5-1.6
0.5-5.5
0.5-2.0
Chất thải từ vườn, thực
vật
15-75
20-60
0.3-2.0
0.1-2.3
0.4-3.4
0.4-12
0.2-1.5
Rác thải
25-50
30-40
0.8-1.1
0.6-0.8
0.5-0.6
4.4-5.6
0.8
Phân (người)
15-25
6-10
2
1.8
0.4
5.4
2.1
Bùn nước thải (thô)
20-70
15
4.5
2.3
0.5
2.7
0.6
Bùn nước thải (ổn định
sau xử lý kỵ khí)
15-30
15
2.3
1.5
0.5
5.7
1.0
Chất thải
Phân động vật
x
Trâu bò
20.3
20
0.6
0.4
0.7
0.6
0.2
Ngựa
25.4
25
0.7
0.3
0.8
0.4
0.2
Cừu
31.8
15-18
0.9
0.3
0.8
0.4
0.2
Lợn
18.0
15-20
0.8
0.9
0.5
0.8
0.2
Nước thải chăn nuôi
x
Trâu bò
10-16
8-12
3.2
1.7
3.9
1.8
0.6
Lợn
10-20
5-7
5.7
3.9
3.3
3.7
1.2
Gà
10-15
5-7
9.8
8.3
4.8
17.3
1.7
Lá củ cải đường
70
15
2.3
0.6
4.2
1.6
1.2
Rơm rạ
90
100
0.4
2.3
2.1
0.4
0.2
90-93
85-180
0.5-1.0
0.02-0.06
0.03-0.06
0.5-1.0
0.04-0.1
Bụi cây tươi
18
Cành cây phủ trên đất
trồng
60-85
100-130
0.2-0.6
0.1-0.2
0.3-1.5
0.4-1.3
0.1-0.2
Vụn gỗ
65-85
400-500
0.1-0.4
1.0
0.3-0.5
0.5-1.0
0.1-0.15
Lá cây
80
20-60
0.2-0.5
-
-
-
-
Cây lau sậy
75
20-50
0.4
-
-
-
-
Than bùn
95-99
30-100
0.6
0.1
0.03
0.25
0.1
Chất thải từ dạ dày trâu
bò
8.5-17
15-18
1.4
0.6
0.9
2.0
0.6
81
50
1.5-2.5
1.0-7.0
3.4-5.4
1.4-2.4
0.2
Bã trái cây
90-95
35
1.1
0.6
1.6
1.1
0.2
Thuốc lá
85-88
50
2.0-2.4
0.5-6.6
5.1-6.0
5.0
0.1-0.4
75
170-180
0.2-1.5
0.2-0.6
0.02-0.1
0.5-1.5
0.1-0.4
Bã nho
Giấy
Ghi chú: VSa chất rắn bay hơi
Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ trong quá trình ‘composting’ được khởi đầu bởi
quần thể khá rộng lớn các vi sinh vật, bao gồm: vi khuẩn, xạ khuẩn và vi nấm.
Cũng tương tự như trong xử lý nước thải bằng con đường sinh học, việc đưa thêm
vi sinh vật vào qúa trình xử lý thường thì không cần thiết bởi vì bản thân trong
chất thải đã sẵn chứa một số lượng lớn vi sinh vật có khả năng phát triển nhanh.
Động vật không xương sống không đóng vai trò gây thối rữa trong giai đoạn đầu
tiên ở nhiệt độ cao. Đôi khi, giun đất được sử dụng trong xử lý chất thải và tạo
phân compost chất lượng cao.
Sự phân rã chất thải ngay cả khi được thông khí tốt nhất đi nữa cũng bị ảnh
hưởng của cả 2 quá trình vi sinh vật hiếu khí và kị khí. Mối quan hệ giữa đồng hóa
hiếu khí và kị khí phụ thuộc vào đặc điểm sinh lý của chất thải/compost, bao gồm
cấu trúc đống ủ, độ rỗng, hàm lượng nước, khoảng không khí lưu thông và dinh
dưỡng sẵn có.
Quá trình phân rã hiếu khí đòi hỏi có nước và oxy tự do cho hoạt tính các
phản ứng sinh học. Sản phẩm cuối của quá trình chuyển hoá là nước và khí
carbonic, amonium-NH4 (hoặc nếu ở nhiệt độ cao và pH>7 thì là amonia -NH3),
nitrate, nitrite (oxit nitơ là sản phẩm của quá trình nitrát hóa), nhiệt, độ mùn và các
19
chất tương tự mùn. Khí thải ra từ quá trình đồng hóa hiếu khí trong đống ủ
compost chứa hơi nước, carbonic, ammonia, nitơ oxit . Sản phẩm cuối của quá
trình phân hủy bằng vi sinh kị khí lại là metan, carbonic, hydro, H2S, ammonia,
nitơ oxit và khí nitơ (hai khí này đều là sản phẩm của quá trình nitrate hóa) và
nước ở dạng lỏng.
Phân huỷ kỵ khí, được thực hiện trong một hệ thống kín có kiểm soát về
nhiệt độ và độ ẩm, là dạng công nghệ phù hợp để xử lí chất thải rắn ướt chứa hàm
lượng lớn các chất hữu cơ có khả năng dễ bị phân huỷ sinh học.
Sự phân huỷ kỵ khí gây bởi những nhóm vi khuẩn đặc thù thông qua một
vài bước phản ứng, mỗi bước này phụ thuộc vào quá trình trước đó. Để ứng dụng
những quá trình lên men kỵ khí vào quy mô công nghiệp thì nhất thiết phải có
những hiểu biết rõ ràng về tương tác của những vi khuẩn này để tránh được những
ức chế có thể gây bởi cơ chất hay sản phẩm.
Một quá trình lên men kỵ khí hoàn chỉnh có thể chia làm 3 bước:
• Thuỷ phân
• Acid hoá
• Tạo metan
Ít nhất có 3 nhóm vi khuẩn tham gia trong quá trình lên men kỵ khí.
Đầu tiên, trong quá trình thuỷ phân, hầu hết các dạng polyme sinh học như
các chất đường (carbonhydrate), chất đạm (protein) và chất béo bị phân hủy bởi
các enzyme ngoại bào thành các dạng đơn phân tử dễ hoà tan trong nước (như
đường đơn, amino acid, glyxerin, acid béo), do vậy, dễ dàng bị phân huỷ hơn nữa.
Ở bước thứ hai (acid hoá), các nhóm vi khuẩn khác nhau chuyển hoá những
chất trung gian thu được sau khi thuỷ phân thành acid axetic (CH3COOH), hydro
(H2), khí carbonic (CO2), acid hữu cơ, amino acid và rượu. Một số sản phẩm trung
20
- Xem thêm -