Nghiên cứu ứng dụng than cacbon hoá làm giá
thể sinh học trong mô hình Bio - toilet nhằm
cải thiện môi trường nước ở Việt Nam

Hoàng Lương

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02
Người hướng dẫn: TS. Trịnh Văn Tuyên
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Tổng quan về công nghệ Bio-toilet khô và ứng dụng của nó. Tìm hiểu
nghiên cứu về công nghệ Bio-toilet khô trong nước và trên thế giới. Trình bày về các
vật liệu đệm sinh học, các giá thể sinh học đặc biệt là than cacbon hoá và phân tích lựa
chọn giá thể sinh học cho mô hình Bio-toilet khô. Nghiên cứu, chế tạo, thực nghiệm
công nghệ Bio-toilet khô quy mô phòng thí nghiệm. Xác định độ pH, độ ẩm phù hợp
của than tre cacbon hoá và chế phẩm vi sinh. Thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm:
Thực nghiệm trên mô hình thí nghiệm Bio-toilet theo mẻ để tìm ra được tỷ lệ phối trộn
của giá thể, chế phẩm vi sinh và lượng chất thải phù hợp nhất cho Bio-toilet khô trong
điều kiện khí hậu miền bắc Việt Nam; thực nghiệm trên mô hình thí nghiệm Bio-toilet
khô liên tục nhằm xác định các thông số công nghệ tối ưu như thời gian phân huỷ, tốc
độ khuấy, cách thức vận hành.

Keywords: Khoa học môi trường; Than tre; Mô hình Bio-toilet; Xử lý ô nhiễm;
Cacbon hóa; Môi trường nước

Content
1. MỞ ĐẦU
Công nghệ Bio-toilet khô đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới. Công
nghệ này được phát triển và ứng dụng rộng rãi như một phần của mục tiêu phát triển bền vững
quốc gia và thế giới vì tiết kiệm được tài nguyên nước, một nguồn tài nguyên quý giá ngày

chất thải rắn khoảng 60 – 70 kg, còn lại là nước 430 – 440 kg. Phân là sản phẩm chất thải của
hệ thống tiêu hóa của con người bao gồm Hydratcarbon chiếm đến 37 – 40 %, protein, các
chất khoáng 5 – 10 %, nước chiếm 50 – 55% và các vi sinh vật gây bệnh, chủ yếu là nhóm
Coliform. Nước tiểu là một chất lỏng được thận sản xuất để loại bỏ các chất thải từ máu.
Nước tiểu người có màu vàng trong và có thành phần rất phức tạp.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp thức nghiệm
Quy trình thực nghiệm bio-toilet được tiến hành theo hai mô hình thí nghiệm khác
nhau là mô hình bio-toilet theo mẻ và mô hình bio-toilet khô liên tục. Mô hình thí nghiệm như
hình 1 và được tiến hành trên hệ thí nghiệm với thể tích 50 lít.

Tho¸t khÝ

Cöa tiÕp liÖu §o t
o3
Nắp thùng
Cơ cấu khuấy
Máy thổi khí Thân thùng
Hỗn hợp đệm sinh học +
chế phẩm vi sinh + chất thải
Hỡnh 1: S mụ hỡnh thc nghim Bio-toilet
4

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Mô hình thực nghiệm bio-toilet theo mẻ
Thực nghiệm bio-toilet theo mẻ được tiến hành trên hệ thí nghiệm 50 lít. Hỗn hợp đưa
vào thí nghiệm bao gồm các thành phần giá thể 3,6kg; chế phẩm vi sinh; phân 0,2kg; nước
tiểu 0,3 lít (theo tính toán thiết kế mô hình thực nghiệm). Các thông số về lượng chế phẩm vi
sinh, độ ẩm và pH được thay đổi. Lượng chế phẩm vi sinh thay đổi từ 0; 36; 108; 180; 360 g,
độ ẩm từ 30, 40, 50, 60, 70%, độ pH từ 4; 6; 7; 8; 10.
Kết quả thực nghiệm như sau:
3.1.1. Tỉ lệ phối trộn tối ưu của hỗn hợp
Thực nghiệm được tiến hành trong ba tuần và lấy mẫu để xác định các chỉ tiêu về vi
sinh vật hiếu khí tổng số, phân giải xenluloza, Coliform tổng, Coliform phân, vi khuẩn
Salmonella, từ đó xác định được tỉ lệ phối trộn tối ưu của hỗn hợp.

Hình 2. Sự biến đổi số lượng vi sinh vật hiếu khí tổng số(a), phân giải cenluloza (b)
Kết quả thể hiện ở hình 2 cho thấy ở mô hình không có chế phẩm vi sinh thì lượng vi
sinh vật tổng số và vi sinh vật phân giải xenluloza có xu hướng giảm. Ở các mô hình thực
nghiệm còn lại thì số lượng vi sinh vật hiếu khí tổng số tăng dần theo thời gian. Tuy nhiên, ở
tỉ lệ phối trộn với lượng chế phẩm vi sinh 180 g thì số lượng vi sinh vật hiếu khí tổng số tăng
nhiều nhất, cụ thể là vi sinh vật hiếu khí tổng số tăng từ 10
7
lên 109 CFU/g, vi sinh vật phân
giải xenluloza tăng từ 10
5
lên 10
8
CFU/g

phân tích các chỉ tiêu về vi sinh vật hiếu khí tổng số và vi sinh vật phân giải xenluloza.

Hình 6. Sự biến đổi vi sinh vât hiếu khí tổng số (a), phân giải xenluloza (b)
Ở mô hình pH = 4 và mô hình pH = 10, sau ba tuần tiến hành thực nghiệm thì lượng vi
sinh vật có xu hướng giảm, chứng tỏ ở môi trường quá axit và quá kiềm thì các vi sinh vật
hiếu khí tổng số, vi sinh vật phân giải xenluloza phát triển kém. Các vi sinh vật này phát triển
tốt nhất ở pH trung tính.
Ở mô hình pH = 6, mô hình pH = 7 và mô hình pH = 8 số lượng vi sinh vật tổng số, vi
sinh vật phân giải xenluloza tăng mạnh, nhưng mô hình pH = 7 là tăng nhiều nhất.
Sau ba tuần tiến hành thực nghiệm với 5 mô hình thí nghiệm bio-toilet theo mẻ khác nhau thu
được tỉ lệ phối trộn tối ưu của hỗn hợp là giá thể 3,6 kg; chế phẩm vi sinh 0,18 kg; phân 0,2
kg; nước tiểu 0,3 lít. Độ ẩm và độ pH thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật phân hủy
chất thải sinh học lần lượt là 50 – 60% và 6 – 8.
3.2. Mô hình thực nghiệm bio-toilet liên tục
Thực nghiệm bio-toilet liên tục được tiến hành trên hệ thí nghiệm 50 lít. Hỗn hợp đưa
vào thí nghiệm bao gồm các thành phần giá thể 3,6 kg; chế phẩm vi sinh 0,18; phân 0,2; nước
tiểu 0,3 lít. Tốc độ khuấy được thay đổi ở mỗi hình thí nghiệm là 10; 20; 30; 40; 60 phút/ lần
Với các mô hình khuấy khác nhau, số lượng vi sinh vật đã biến động và kết quả được
thể hiện ở hình 7.

7

Hình 7. Sự biến đổi số lượng vi sinh vật hiếu khí tổng số (a), phân giải xenluloza (b)
Ở hầu hết các mô hình thực nghiệm, số lượng vi sinh vật đều tăng theo thời tgian. Tuy nhiên, ở
mô hình với tốc độ khuấy 30 phút/lần số lượng vi sinh vật tăng nhiều nhất.

Hình 8. Sự biến đổi số lượng Coliform tổng (a), Coliform phân (b)
Sau ba tuần tiến hành thực nghiệm, Coliform tổng, Coliform phân thuộc nhóm si vinh vật gây
bệnh giảm đáng kể. Tuy nhiên ở mô hình với tốc độ khuấy 30 phút/ lần lượng vi sinh vật gây
bệnh giảm nhiều nhất.

cứu sản xuất và ứng dụng một số chế phẩm vi sinh vật để xử lý chất thải hữu cơ", Tạp chí
Khoa học, ĐHQGHN, KHTN&CN 22 (3B), tr.38-44.
3. Nhà xuất bản Y học (4/2011), “Tình hình dinh dưỡng Việt Nam năm 2009 – 2010”, tr.20.
4. Trịnh Văn Tuyên, Tô Thị Hải Yến, Shuji Yosizawa (2010), "Nghiên cứu công nghệ
cacbon hoá để xử lý chất thải đô thị ở Việt Nam", Hội nghị khoa học kỷ niệm 35 năm
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tr.72-78.
5. Viện Công nghệ môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (2008), "Nghiên
cứu công nghệ cacbon hóa các chất hữu cơ cháy được trong rác thải đô thị của thành
phố Hà Nội làm nhiên liệu sử dụng trong công nghiệp và xử lý ô nhiễm môi trường".
6. John Cant (2009), "Toilet provision in the Cairngorms National Park, Scotland", U.K.

9
7. Jovita Triastuti, Neni Sintawardani and Mitsuteru Irie (2009), "Characteristics of
composted bio-toilet residue and its potential use as a soil conditioner", Indonesian
Journal of Agricultural Science.
8. Leena Mehtatalo (2009), "The current dry toilet practises in Finnish national parks",
University of Applied Sciences.
9. Neni Sintawardani, Dewi Nilawati, Umi Hamidah, Jovita Tri Astuti (2006), "Observation
in start-up process by varying heater and dischange in bio-toilet system", The 4
th

International Symposium On Sustainable Sanitation, Research Center for Physics,
Indonesian Institute of Sciences.
10. The Global Dry Toilet Association of Finland, Finland (2007), "Finnish Dry Toilets".
11. Shuji Yoshizawa, Satoko Tanaka, Michio Ohata (2008), "Bio - toilet using Charcoal and
Aerobic Complex Microorganisms As a Media", Meisei University.