BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƢỜNG


VÕ THỊ PHẤN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM EM SẢN XUẤT
PHÂN COMPOST TỪ BÃ THẢI CỦA QUY TRÌNH
CHIẾT XUẤT LUTEIN TỪ HOA CÚC VẠN THỌ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG GVHD: TS. HOÀNG THỊ HUỆ AN Nha Trang, năm 2013 LỜI CẢM ƠN


Trong thời gian học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp tại Viện Công
Nghệ Sinh Học&Môi Trường- Đại Học Nha Trang, tôi đã được sự giúp đỡ
của Quý thầy cô, Viện, Bộ Môn và các bạn lớp 51CNMT.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
– Ban Giám hiệu nhà trường, cùng quý thầy cô trong Viện Công Nghệ
Sinh Học&Môi Trường - Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi hoàn thành chương trình đào tạo và thực hiện công tác tốt nghiệp.
– TS. Hoàng Thị Huệ An (Bộ môn Hóa) đã tận tình hướng dẫn, động viên

1.1.3.2 Các yếu tố hóa sinh 8
1.1.4 Chất lượng compost 13
1.1.5 Ứng dụng của phân compost 13
1.1.6 Lợi ích và hạn chế của compost 14
1.1.6.1 Lợi ích của quá trình làm compost 14
1.1.6.2 Hạn chế của quá trình làm compost 14
1.1.7 Một số phương pháp ủ compost 15
1.1.7.1 Phương pháp ủ theo luống dài và cấp khí bằng xáo trộn 15
1.1.7.2 Phương pháp ủ theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức 15
1.1.7.3 Phương pháp ủ trong thùng kín 16
1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất phân compost 16
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 20 ii
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ 23
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23
2.1.2 Hóa chất sử dụng 23
2.1.3 Thiệt bị và dụng cụ thí nghiệm 23
2.1.3.1 Thiết bị 23
2.1.3.2 Dụng cụ 23
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 24
2.2.1 Phương pháp xử lý nguyên liệu 24
2.2.2 Phương pháp xác định một số thành phần của nguyên liệu 25
2.2.2.1 Xác định độ ẩm: 25
2.2.2.2 Xác định cacbon tổng số (C): 25
2.2.2.3 Xác định nitơ tổng số (N): 25
2.2.2.4 Xác định pH : 25


iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT
TIẾNG ANH
TIẾNG VIỆT
C
CVT
CTR
EM
CPSH
dd:ngliệu

Marigold

Effective Microorganisms
Cacbon
Cúc vạn thọ
Chất thải rắn
Vi sinh vật hữu hiệu
Chế phẩm sinh học
Dung dịch:nguyên liệu
MO
N
Tbị

Độ mùn
Nitơ
Thiết bị

ẩm phân compost từ bã thải CVT……………………………………………35
Hình 3.1b: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu và thời gian ủ đến
hàm lượng mùn phân compost từ bã thải CVT…………………………… 37
Hình 3.2a: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến độ ẩm phân
compost từ bã thải CVT…………………………………………………… 39
Hình 3.2b: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến hàm lượng
mùn phân compost từ bã thải CVT………………………………………….40
Hình 3.3: Biến thiên độ ẩm và độ mùn nguyên liệu trong quá trình ủ từ bã
thải CVT…………………………………………………………………….42
Hình 3.4: Sơ đồ quy trình thích hợp ủ phân compost từ bã thải hoa CVT sử
dựng chế phẩm sinh học TKS – M2……………………………………… 43
Hình 3.5: Sản phẩm phân compost từ bã thải CVT…………………………46
Hình 3.6: So sánh thành phần của phân compost từ bã thải hoa CVT và một
số loại phân compost từ phế liệu nông nghiệp khác ở VN…………………47 vi
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tỷ lệ C:N của chất thải………………………………………… 10
Bảng 1.2: Tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế biến compost…13
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của bã thải hoa cúc vạn thọ……………… 34
Bảng 3.2a: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu và thời gian ủ đến độ
ẩm phân compost từ bã thải CVT……………………………………………35
Bảng 3.2b: Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch TKS/nguyên liệu và thời gian ủ đến
hàm lượng mùn phân compost từ bã thải CVT…………………………… 37
Bảng 3.3a: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến độ ẩm phân
compost từ bã thải CVT…………………………………………………… 39
Bảng 3.3b: Ảnh hưởng của mật độ nguyên liệu và thời gian ủ đến hàm lượng
mùn phân compost từ bã thải CVT………………………………………….40

về sản xuất nông nghiệp. Ước tính hàng năm tổng số sản phẩm trong nông
nghiệp tạo ra là trên 50 triệu tấn trong đó phế phẩm chiếm khoảng 10 triệu
tấn. Đây chính là một trong những nguồn thải gây ô nhiễm môi trường đang
được công chúng và các nhà quản lý môi trường quan tâm tìm cách xử lý [8].
Ở Việt Nam, với đặc thù là một nước nông nghiệp thì thị trường tiêu thụ
phân bón có nhiều hứa hẹn. Theo Bộ Nông Nghiệp Và Phát Triển Nông Thôn
nhu cầu sử dụng phân bón cho ngành nông nghiệp tại Việt Nam vào khoảng
5,2 triệu tấn hàng năm. Các loại phân bón tiêu thụ trên thị trường Việt Nam
hiện nay chủ yếu là phân hóa học. Phân hóa học được sản xuất phần lớn từ
dầu hỏa, nên giá dầu trên thế giới tăng hay giảm đều ảnh hưởng đến giá phân
bón, mà giá phân bón không ổn định sẽ ảnh hưởng đến tình hình sản xuất
nông nghiệp. Trong khi đó, nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ từ phế phẩm
nông nghiệp sẽ không bị biến động về giá cả thị trường giúp người dân yên1
tâm hơn trong việc phát triển nền nông nghiệp, đặc biệt Việt Nam là nước có
khoảng 80% dân số tham gia sản xuất nông nghiệp [10].
Trong số các phương pháp sản xuất phân hữu cơ, phương pháp ủ phân
compost hiện đang được quan tâm. Trong phương pháp này khối bã thải hữu
cơ được bổ sung thêm một chế phẩm vi sinh chuyên biệt nào đó nhằm tăng
tốc độ và hiệu quả phân hủy sinh học để tạo ra sản phẩm giống như mùn được
gọi là compost. Việc sản xuất phân compost không chỉ giúp tận dụng phế liệu
nông nghiệp tại địa phương để tạo thêm nguồn phân hữu cơ để bón cho cây
trồng với chi phí thấp mà còn giúp cải tạo và bảo vệ đất, làm sạch môi trường.
Chính vì vậy, ở Việt Nam gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất
phân compost từ các nguồn chất thải rắn nông nghiệp khác nhau.
Cây hoa cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.) - một loài hoa có màu
vàng – đỏ cam thường chỉ được trồng vào dịp Tết Âm Lịch để phục vụ cho
việc thờ cúng hay trang hoàng đường phố, công viên vào các dịp lễ tết - mặc
3
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về compost
1.1.1 Định nghĩa
Phân hữu cơ sinh học là sản phẩm phân bón được tạo thành thông qua quá
trình lên men vi sinh vật các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau (phế
thải nông, lâm nghiệp, phế thải chăn nuôi, phế thải chế biến, phế thải đô thị,
phế thải sinh hoạt…), trong đó có các hợp chất hữu cơ phức tạp dưới tác động
của vi sinh vật hoặc các hoạt chất sinh học được chuyển hóa thành mùn. Tùy
thuộc vào nhu cầu sản xuất mà có thể phối trộn phân liệu sao cho cây trồng
phát triển tốt nhất mà không cần bón bất kì các loại phân nào.
Quá trình composting gồm 4 giai đoạn phân biệt theo biến thiên nhiệt độ
như sau:
1. Pha thích nghi (latent phase): là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích
nghi với môi trường mới.
2. Pha tăng trưởng (growth phase): đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá
trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic (khu hệ vi sinh
vật chịu nhiệt).
3. Pha ưu nhiệt (thermophilic phase): là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất.
Đây là giai đoạn ổn định hóa chất và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu
quả nhất.
4. Pha trưởng thành (maturation phase): là giai đoạn nhiệt độ ổn định 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 chất keo mùn (là quá
trình chuyển hóa phức chất hữu cơ thành mùn) và các khoáng chất và cuối
cùng thành mùn.
+ NH
3
+ H
2
S + CH
4
+ sp
khác + năng lượng.
Đó cũng là phương trình biểu diễn phản ứng sinh hóa xảy ra trong pha
ưa nhiệt.
- Quá trình nitrat hóa với amoni là sản phẩm trung gian bị oxy hóa sinh
học tạo thành nitrit (NO
2
-
) và sau cùng là nitrat (NO
3
-
). Phương trình phản
ứng xảy ra như sau:
NH
4
+
+ 3/2O
2
→ NO
2
-
+ 2H
+
+ H

+
cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho
quá trình tổng hợp trong mô tế bào:
NH
4
+
+ 4CO
2
+ HCO
3
-
+ H
2
O

→ C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2

Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:
22NH
4
+
+ 37O
2

trước, khi nhiệt độ tăng nấm Thermophilic xuất hiện chiếm hầu hết các vị trí
trong khối ủ. Nấm Thermophilic thường tăng trưởng tử 5-10 ngày sau khi ủ.
Nếu nhiệt độ cao hơn 65-70
0
C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế và
còn các dạng bào tử có thể phát triển. Trong giai đoạn cuối, khi nhiệt độ giảm
nhóm vi khuẩn Actinomycetes chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ sẽ xuất
hiện màu trắng hoặc nâu. Các loại nấm Thermophilic, hầu hết là các loài
Bacillus đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy protein và hợp chất
hydratcarbon. Mặc dù chỉ hoạt động bên lớp ngoài của đống ủ và chỉ hoạt
động vào giai đoạn cuối nhưng nhóm Actinommycetes đóng vai trò quan trọng
trong việc phân hủy xenllulose, lignin và các chất bền vững khác.
1.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình ủ compost
Hiệu quả của quá trình ủ phân compost phụ thuộc vào nhóm các tổ chức
cư ngụ và làm ổn định trong chất thải hữu cơ. Do đó, quá trình ủ phân sẽ 6
không được kết quả tốt và nguyên nhân chính là do sự mất cân bằng thành
phần hóa học và điều kiện lý học trong khi ủ. Vì vậy, cần chú ý đến các yếu tố
ảnh hưởng đến quá trình ủ như: nhiệt độ, độ ẩm, pH, VSV, oxy, tỷ lệ C:N,
kích thước hạt.
1.1.3.1 Các yếu tố vật lý
a. Nhiệt độ
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng trong quá trình ủ vì nó ảnh hưởng đến
hoạt tính của VSV. Ngoài ra, nhiệt độ còn là chỉ thị để nhận biết các giai đoạn
trong quá trình ủ.
Những ngày đầu tiên của quá trình ủ, nhiệt độ bắt đầu tăng từ nhiệt độ
môi trường đến 55-60
0

thích
nghi
Pha ƣu nhiệt
Pha
tăng
trƣởng
Pha trƣởng thành
Biến thiên nhiệt độ trong quá
trình ủ compost 7
b. Độ ẩm
Độ ẩm là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá
trình chế biến phân hữu cơ. Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan dinh
dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào.
Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ compost là khoảng 50 - 60%. Các vi sinh
vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy nguyên liệu ủ thường tập
trung lại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử nguyên liệu. Nếu độ ẩm quá
nhỏ (<20%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, ức chế các phản ứng sinh
học, ngược lại khi độ ẩm quá lớn (>65%) thì quá trình phân hủy chậm lại và
chuyển sang phân hủy kị khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít
kín các khe hở không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất dinh
dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh.
Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có
nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác. Độ ẩm thấp có thể điều
chỉnh bằng cách thêm nước vào. Độ ẩm cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn
với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như: mạt cưa, rơm rạ Với những chất
thải có độ ẩm cao thì cần phải phơi khô để giảm độ ẩm hoặc phối trộn với các
vật liệu có độ ẩm thấp để luôn tạo độ ẩm thích hợp cho quá trình ủ diễn ra

Cacbon là nguồn năng lượng chủ yếu của VSV và Nitơ là nguyên tố để tổng
hợp chất nguyên sinh. Tỷ lệ C:N tối ưu trong khoảng 25 – 30. Nếu tỷ lệ C:N
của vật liệu làm compost cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triển của vi
sinh vật do thiếu nitơ, chúng sẽ chuyển qua nhiều chu trình chuyển hóa, oxy
hóa phần cacbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C:N thích hợp. Vì vậy, thời gian cần
thiết cho quá trình làm compost sẽ kéo dài hơn và thu sản phẩm ít mùn hơn.
Nếu tỷ lệ C:N thấp, nitơ sẽ bị thất thoát dưới dạng NH
3
đặc biệt trong điều
kiện nhiệt độ cao, pH cao và có thổi khí. Tỷ lệ C:N ở sản phẩm compost thu
được thông thường từ 15- 20 là tốt nhất. 9
Ngoài hai nguyên tố cacbon, nitơ là nền tảng cơ bản cho hoạt động sống
của VSV trong khối ủ, các nguyên tố photpho (P), lưu huỳnh (S), canxi (Ca)
là những nguyên tố quan trọng kế tiếp. Photpho ảnh hưởng đến chất lượng
compost vì nó là nguyên tố cần thiết cho cây trồng, hàm lượng photpho thay
đổi theo từng nguyên liệu. Lưu huỳnh ảnh hưởng đến việc sinh ra các hợp
chất bay hơi tạo ra mùi hôi trong khối ủ.
Bảng1.1 : Tỷ lệ C:N của chất thải [10]
Chất thải
N (% trọng lƣợng khô)
Tỷ lệ C:N
Nước tiểu
15 - 18
0,8
Hỗn hợp chất thải giết mổ
7 - 10
2

Rơm rạ
0,3
128
Mùn cưa
0,11
511
Giấy báo
nil
-
Chất thải thực phẩm
2 - 3
15
Chất thải rau quả
1,5
35
Chất thải khác
0,5 – 1,4
30 – 80
Gỗ
0,07
700
Giấy
0,2
170
(Nguồn: Obeng and Wright)
b. Oxy
Là một nhân tố cũng rất quan trọng trong quá trình ủ compost. Không khí
ở môi trường xung quanh cung cấp cho khối ủ để VSV phân hủy chất hữu cơ
cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt độ. Nếu không khí không
được cung cấp đầy đủ có thể hình thành những vùng kị khí bên trong khối ủ

d. Vi sinh vật
Chế biến compost là một quá trình phức tạp do có sự tham gia của nhiều
loại VSV khác nhau như: vi khuẩn, nấm, vi khuẩn Actinomycetes, VSV gậy
bệnh, ngoài ra còn có tảo và protozoa. Đa số VSV trong các nhóm nêu trên
đều có khả năng phân giải hầu hết các chất hữu cơ thô trong rác thải. Tuy 11
nhiên, mỗi loại VSV có khả năng phân hủy tốt nhất một dạng vật chất hữu cơ
nào đó.
- Vi khuẩn: có mặt hầu hết trong các giai đoạn sản xuất compost. Hầu hết
hoạt động của VSV trong quá trình ủ có khoảng 80 – 90% là vi khuẩn
(Streptococus spp, Bacillus spp, Vibrio spp.)
- Actinomycetes: thường xuất hiện vào ngày thứ 5 – 7 trong quá trình ủ,
bao gồm: Micromonos pora, Streptomyces, Actinomycetes.
- Nấm: Với giới hạn nhiệt độ của nấm khoảng 60
0
C thì bao gồm các loại
như sau: Aspergillus, Penicillin, Fusarium, Trichoderma và Chaetomonium.
- VSV gây bệnh: một trong những yêu cầu của sản xuất compost là phải
hạn chế tối đa các loài VSV gây bệnh có trong sản phẩm. Do đó, để đảm bảo
tiêu chuẩn tiêu diệt mầm bệnh cho cây trồng, trong lúc chế biến compost cần
phải đảm bảo nhiệt độ để tiêu diệt hết mầm bệnh.
12
Bảng1.2: Tóm tắt các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chế biến compost
Thông số
Giá trị

trọng.
Không khí chứa oxy cần thiết phải được tiếp xúc đều với
tất cả các phần của nguyên liệu sản xuất compost.
7. pH
Tối ưu 7 – 7,5. Để hạn chế sự bay hơi Nitơ dưới dạng NH
3
,
pH không được vượt quá 8,5.
8. Kiểm soát
mầm bệnh
Nhiệt độ 60 – 70
0
, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt. 13
1.1.4 Chất lƣợng compost
Chất lượng compost được đánh giá dựa vào các yếu tố có lợi nhất cho
cây trồng trong đó một số yếu tố cơ bản như sau:
- Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóa học,
thuốc trừ sâu…).
- Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng
trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Co…).
- Mật độ VSV gây bệnh (ở mức thấp và không ảnh hưởng đến cây trồng).
- Độ ổn định (độ chín, hoai) và hàm lượng chất hữu cơ.
Hiện chưa có tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng compost từ bã thải hoa
cúc vạn thọ. Nên để đánh giá chất lượng compost có thể dựa vào một số tiêu

0
C làm tiêu hủy các trứng, ấu trùng, vi khuẩn trong chất
thải. Phân sau khi ủ có thể được sử dụng an toàn hơn phân tươi.
- Phân sau khi ủ compost trở thành một chất mùn hữu ích cho nông nghiệp như
tăng độ phì nhiêu của đất giúp cây trồng hấp thu.
- Tăng độ ẩm cần thiết cho cây trồng, giảm thiểu sự rửa trôi khoáng chất do các
thành phần vô cơ không hòa tan trong phân tử như NO.
- Giảm thể tích do trong quá trình ủ phân, thuận lợi hơn trong việc vận chuyển,
thu gom.
1.1.6.2 Hạn chế của quá trình làm compost
- Mặc dù phần lớn vi khuẩn bị tiêu diệt nhưng không phải hoàn toàn, đặc biệt
khi ủ phân không đồng đều về thời gian, phương pháp, lượng ủ…Một số mầm
bệnh vẫn tồn tại có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng.
- Thành phần phân ủ thường không ổn định về chất lượng do thành phần
nguyên liệu đưa vào không đồng đều.
- Phải tốn thêm công ủ và diện tích.
- Việc ủ phân thường ở dạng thủ công và lộ thiên tạo sự phản cảm về mỹ quan
và phát tán mùi hôi. Trong khi đó các loại phân hóa học như urê, NPK, …, 15
gọn nhẹ, tương đối rẻ tiền, chất lượng đồng đều và “sạch hơn” gây tâm lý
thuận tiện cho việc sử dụng hơn phân comost.
1.1.7 Một số phƣơng pháp ủ compost
1.1.7.1 Phƣơng pháp ủ theo luống dài và cấp khí bằng xáo trộn
Phương pháp này vật liệu ủ được xếp theo luống dài và hẹp, không khí
được cung cấp tới hệ thống theo con đường tự nhiên. Các luống compost
được xáo trộn bằng xe xúc hoặc xe trộn chuyên dụng.
a) Ưu điểm
- Do xáo trộn thường xuyên nên chất lượng compost thu được khá đều.