- PHÂN HỦY RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC: THÍ NGHIỆM THÙNG LÊN MEN 10-L. - Sự phân hủy hữu cơ là do sự hoạt động của các vi sinh vật trong chu trình cacbon và nitơ. - Sáu dòng vi khuẩn phân hủy cellulose, tinh bột và protein gồm cả nhóm ái nhiệt và bình nhiệt tốt nhất được đánh giá khả năng phân hủy chất hữu cơ trong mô hình thí nghiệm phân hủy rác thải hữu cơ (bình lên men có dung tích 10 lít). - trọng lượng khô, hàm lượng chất hữu cơ, N tổng số, tỉ lệ C/N, hàm lượng khí CO 2 , CH 4 và mật số vi khuẩn được ghi nhận theo từng thời điểm thích hợp.. - Kết quả cho thấy nghiệm thức C1 (chủng vi khuẩn phân giải cellulose bình nhiệt) đạt được các chỉ tiêu phù hợp nhất trong xử lý rác thải như nhiệt độ, pH, tỉ lệ C/N lúc rác hoai, mật số của vi khuẩn phân hủy cellulose tăng lên rất cao, khác biệt so với nghiệm thức đối chứng và các nghiệm thức còn lại. - Hơn nữa, nghiệm thức này có lượng khí CO 2 , CH 4 thải ra thấp, không gây ảnh hưởng đến môi trường. - quá trình phân hủy rác xảy ra mạnh vào 16-18 ngày sau khi ủ và dòng vi khuẩn này được chọn để cho những nghiên cứu tiếp theo.. - Từ khóa: rác thải hữu cơ, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ, vi khuẩn bình nhiệt, vi khuẩn ái nhiệt, phân hữu cơ. - Rác thải hiện nay vẫn được xem là một vấn đề nan giải, khó khăn và nhức nhối đối với toàn xã hội, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển. - Rác thải sẽ gây ra ô nhiễm môi trường không khí, môi trường đất, nước, làm mất vẻ mỹ quan đô thị, gây nhiều bệnh tật, tác động xấu đến sức khỏe con người, môi trường kinh tế và du lịch. - Thành phố Cần Thơ, hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường khu dân cư đã đến mức báo động trong đó mỗi ngày công ty Công trình đô thị đảm nhận thu gom 600 tấn rác thải từ 4 quận nội thành (Nguồn: http://www. - Tuy nhiên, phần lớn lượng rác thải ở nước ta chưa được xử lý hoặc chỉ được xử lý theo những cách sơ sài như: quăng xuống sông hay xuống ao tù, chất thành đống ngoài trời để chúng tự phân hủy, hoặc đem đốt, chôn lấp. - Phân hữu cơ (compost) là sản phẩm cuối cùng của quá trình hoạt động của vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong đó có những nhóm vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm ở cả thể ái nhiệt (thermophile) và bình nhiệt (mesophilic)(Nakasaki et al., 1985). - ngày nay quá trình phân hủy chất hữu cơ là một phương pháp bao trùm việc xử lý chất thải rắn (Ryckeboer et al., 2003) và đã có nhiều báo cáo đề cập đến sự hoạt động của tập đoàn vi sinh vật trong suốt quá trình phân hủy chất thải này (McKinley và Vestal., 1985. - Mục tiêu của đề tài là đánh giá khả năng phân hủy rác thải hữu cơ của vi khuẩn phân giải chất hữu cơ bao gồm cellulose, tinh bột, protein được thực hiện trên qui mô thùng lên men 10-lít, từ đó chọn ra các dòng vi khuẩn tốt nhất để ứng dụng xử lý rác thải hữu cơ trong qui mô lớn hơn.. - Rác thải hữu cơ [đã được phân loại] được thu gom từ chợ Tân An, quận Ninh Kiều, Thành phố Cần Thơ do Bộ phận quản lý vệ sinh của Chợ Tân An cung cấp với thành phần các chất hữu cơ trình bày trong Bảng 1 trong đó thành phần chất hữu cơ thay đối từ 30,25% đến 44,14% tùy theo nguồn rác sinh hoạt từ các hộ khá giả đến khó khăn và cellulose và protein chiếm tỉ lệ cao so với tinh bột.. - Thí nghiệm gồm có 8 nghiệm thức như sau: DC (đối chứng)[không chủng vi khuẩn], C1 = chủng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt, C2 = chủng vi khuẩn phân hủy cellulose ái nhiệt, A1 = chủng vi khuẩn phân hủy tinh bột bình nhiệt, A2. - chủng vi khuẩn phân hủy tinh bột ái nhiệt, P1 = chủng vi khuẩn phân hủy protein bình nhiệt, P2 = chủng vi khuẩn phân hủy protein ái nhiệt, CAP = tổng hợp 6 chủng vi khuẩn C1+C2+A1+A2+P1+P2. - Bảng 1: Thành phần của rác thải hữu cơ tại thành phố Cần Thơ Loại rác. - Chất hữu cơ trong rác thải sinh hoạt*. - (1) Rác ở Khu tập thể Đại học Cần Thơ, (2) Rác thải sinh hoạt từ 3 hẻm của phường An Hội, Q. - Ninh Kiều, (3) Rác thải sinh hoạt thu từ 3 hẻm trong phường An Cư, Q. - thành phần hữu cơ so với thành phần chung. - Các phế phẩm, rác thải ở chợ bao gồm: rau cải, vỏ khóm, rau muống, củ cải, vỏ khoai, đầu cá,…đem về được cắt nhỏ, trộn đều ngẫu nhiên. - Rác thải được phun vi khuẩn với từng nghiệm thức trên với tỉ lệ 1% (v/w) và rác được cho vào thùng nhựa có dung tích 10 lít, nhét và nén chặt (cân trọng lượng tươi trước ở từng thùng) dùng tấm kim loại đè nén và dằn đá cho chặt, đậy nắp thùng nhựa. - thể tích sụt giảm, trọng lượng khô, hàm lượng chất hữu cơ, N tổng số, tỉ lệ C/N, đặc biệt khí carbonic (CO 2 ) và methane (CH 4 ) được thiết kế ống thoát khí để lấy khí định kỳ (Hình 1) và mật số vi khuẩn [đếm sống theo phương pháp nhỏ giọt (Drop Plate Count)] tương ứng trong mỗi nghiệm thức của từng thí nghiệm riêng biệt.. - Hình 1: Mô hình thùng xử lý rác thải hữu cơ có dung tích 10-L với lổ thoát nước rỉ rác lấy khí từ bình lên men 10-L. - Kết quả từ hình 2 cho thấy nhiệt độ trong thùng ủ rác thải hữu cơ dao động từ 29,7 o C đến 34,5 o C và đạt mức cao nhất (34,5 o C) vào ngày 11 và 12 và thấp nhất (29,7 o C) vào ngày 16 sau đó giảm dần, điều đặc biệt là các nghiệm thức có chủng nhóm vi khuẩn ái nhiệt luôn luôn có nhiệt độ cao nhóm bình nhiệt. - Tuy nhiên, nhiệt độ không cao có lẻ thùng lên men nhỏ (10-L) và luôn có nước đọng lại dù ít nên nhiệt độ không thể lên cao như các thí nghiệm có mẻ ủ với thể tích lớn hơn (100-L)(Ryckyboer et al., 2003), những thí nghiệm trước đây của Hà Thanh Toàn et al. - (2010)(đang in) để cho thấy cả hai nhóm vi khuẩn phân hủy tinh bột và cellulose đều có nhiệt độ không cao hơn 40 o C.. - Theo Ryckeboer et al. - (2003) trong quá trình phân hủu chất hữu cơ trong điều kiện bán kỵ khí hay hiếu khí không hoàn toàn thì trong ngày 2 hay 3 sau khi ủ nhiệt độ của mẻ ủ đạt từ 45 đến 55 o C và ngày thứ 9 nhiệt độ lên đến trên 70 o C và kéo dài đến ngày thứ 15, sau đó nhiệt độ hạ dần đến 30 o C vào ngày thứ 22. - giai đoạn sau nhiệt độ lên xuống không đáng kể và kéo dài đến ngày 38 thì nhiệt độ trên dưới 20 o C cho đến ngày thứ 84 và nhiệt độ cao trong giai đoạn đầu này rất quan trọng vì đây là điều kiện tốt để khử trùng các vi sinh vật gây hại (Nakasaki et al., 1985b) Từ hình 3 cho thấy pH của mẻ rác thải hữu cơ đều trung tính (>7) trong suốt thời gian thí nghiệm chỉ trừ 2 nghiệm thức A1 và A2 (vi khuẩn phân hủy tinh bột) có pH giảm vào cuối giai đoạn thí nghiệm. - pH của mẻ ủ rác thải hữu cơ cũng thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật. - Kết quả này cho thấy quá trình phân hủy hữu cơ phóng thích ra một lượng ammonia (Zorpas, 1999) nên pH của mẻ rác trung tính và chính lượng ammonia này còn hiện diện trong nước rỉ rác, gây nên hiện tượng ô nhiễm amoni trong nước rỉ rác.. - Hình 3: Ảnh hưởng của vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trên thay đổi pH của mẻ ủ rác thải hữu cơ. - Kết quả từ hình 4 cho thấy % thể tích rác sụt giảm của 2 nghiệm thức C1 và P2 cao nhất so với các nghiệm thức còn lại vào ngày thứ 20 và cả hai không khác biệt thống kê.. - Hình 4: Ảnh hưởng của vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trên sụt giảm của thể tích. - mẻ ủ rác thải hữu cơ. - Sau 22 ngày ủ, trọng lượng khô của rác thải hữu cơ trong nghiệm thức C2 mất đi nhiều nhất (Hình 5) kế đến là nghiệm thức C1, và trọng lượng khô mất đi ít nhất ở nghiệm thức đối chứng, A2 và CAP. - điều này cho thấy vi khuẩn phân hủy cellulose ái nhiệt phân hủy sinh khối nhiều nhất nhưng không khác biệt ý nghĩa với các nghiệm thức C1, A1, P1 và P2.. - Nghiệm thức LSD.01 = 8,29. - Hình 6: Ảnh hưởng của vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trên tổng lượng khí CO 2 và CH 4. - (mg/m 3 ) của 3 lần thu mẫu khí từ rác thải hữu cơ. - Ngoài ra, nghiệm thức C1 cũng có tổng lượng khí CH 4 thải ra ít nhất, nếu như chọn các dòng vi khuẩn có lượng khí thải thấp nhất không ảnh hưởng đến bầu khí quyển (gián tiếp ảnh hưởng sự thay đổi khí hậu toàn cầu) và nghiệm thức C1 cũng có trọng lượng khô giảm khá (chỉ sau nghiệm thức C2).. - Bảng 2: Ảnh hưởng của vi khuẩn phân hủy hữu cơ trên lượng C hữu cơ, N tổng số và tỉ lệ C/N của rác thải hữu cơ vào ngày 18 sau khi ủ. - Nghiệm thức C hữu cơ. - Tỉ lệ C/N. - Chú thích: ĐC-Không chủng vi khuẩn. - C1-Chủng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt. - C2- chủng vi khuẩn phân hủy cellulose ái nhiệt. - A1-Chủng vi khuẩn phân hủy tinh bột bình nhiệt. - A2- chủng vi khuẩn phân hủy tinh bột ái nhiệt. - P1-chủng vi khuẩn phân hủy protein bình nhiệt. - P2- Chủng vi khuẩn phân hủy protein ái nhiệt. - Kết quả từ bảng 2 cho thấy tỉ lệ C/N của các nghiệm thức C1, P1, P2 và CAP nhỏ hơn 10 vào ngày thứ 18 sau khi ủ. - Hầu hết các lượng C hữu cơ và N tổng số trong. - Nghiệm thức mg/m 3. - chất thải hữu cơ được phân hủy thành khí CO 2 và ammonia trong suốt quá trình phân hủy. - tỉ lệ C/N được dùng như chỉ tiêu để xác định quá trình chín của mẻ ủ hữu cơ sau 75 ngày (Zorpas và Loizidou, 2008) và thí nghiệm của họ cho thấy tỉ lệ C/N dao động từ 14 đến 17 tùy vào lượng rác thải hữu cơ này giàu carbohydrat hay giàu protein vào ngày 23 sau khi ủ. - trong thí nghiệm chúng tôi tỉ lệ C/N biến thiên từ 8,72 đến 11,72 do sự hoạt động của nhóm vi khuẩn phân hủy loại nào hữu hiệu nhất trong quá trình rác hữu cơ. - Tuy nhiên, tỉ lệ C/N giữa 9 và 10 được xem là phân hữu cơ bán hủy (hemi-compost)(Zorpas et al., 1999. - Bernal et al., 1998).. - Nhận xét về chỉ tiêu giảm trọng lượng khô và tổng lượng khí CO 2 và CH 4 , cho thấy dòng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt (nghiệm thức C1) phân hủy cellulose bằng con đường vi hiếu khí hiệu quả cao vì chúng làm giảm trọng lượng khô nhanh và lượng khí thải ra thấp, kết quả từ Hình 7 cho thấy mật số vi khuẩn phân hủy cellulose nói chung và vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt cao trong các nghiệm thức.. - Như vậy, quá trình phân hủy vào ngày 16 hay 18 sau khi ủ được xem là hoàn tất của quá trình ủ và nghiệm thức C1 (vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt) được đánh giá là đạt các chỉ tiêu của mẻ ủ hữu cơ vì pH=7,5. - trọng lượng khô mẻ ủ rác hữu cơ chỉ còn 55% so với lúc ban đầu và tỉ lệ C/N là 10,08 ở ngày thứ 18. - đặc biệt nghiệm thức C1 phân hủy hữu cơ tích cực và thải ra lượng khí CO 2 và CH 4. - thấp nhất, kết quả này cũng phù hợp với kết quả của Ryckeboer et al., (2003), chứng tỏ hiệu quả phân hủy rác của nghiệm thức này rất tốt.. - Dòng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt đạt những thông số yêu cầu của thí nghiệm: pH, tỉ lệ C/N. - Quá trình ủ rác thải hữu cơ dưới tác động của các vi khuẩn phân hủy hữu cơ có thể đạt yêu cầu vào ngày 16 đến 18 thay vì ngày 22.. - Phân lập vi khuẩn phân giải cellulose, tinh bột và protein trong nước rĩ từ bãi rác ở Thành phố Cần Thơ. - Khả năng phân hủy rác thải hữu cơ của vi khuẩn phân giải cellulose (cellulolytic bacteria)